tính toán, thiết kế bể phản ứng sản xuất protease kiềm từ bacillus licheniformis với công suất (nhà máy) 200 tấn năm

KỸ THUẬT CÁC QUÁ TRÌNH SINH HỌC TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP THỰC PHẨM TP HCM KHOA CNSH&KTMT BỘ MÔN CNSH MÔN : KỸ THUẬT CÁC QUÁ TRINH SINH HỌC TÍNH TỐN, THIẾT KẾ BỂ PHẢN ỨNG SẢN XUẤT PROTEASE KIỀM TỪ BACILLUS LICHENIFORMIS VỚI CÔNG SUẤT (NHÀ MÁY) 200 TẤN/NĂM GVHD : Nguyễn Thị Quỳnh Mai Thực hiện: Nhóm 12 Nguyễn Thị Trúc Phương 2008140224 Nguyễn Bảo Linh 2008140149 Nguyễn Thị An 2008140324 Lỹ Thị Diễm Trang 2008140324 Lê Thị Mỹ Trinh 2008140341 Tp HCM, ngày 05 tháng 05 năm 2017 NHÓM 12 Page KỸ THUẬT CÁC QUÁ TRÌNH SINH HỌC MỤC LỤC CHƢƠNG I: GIỚI THIỆU CHƢƠNG II: VẬT LIỆU VÀ PHƢƠNG PHÁP THIẾT KẾ BỂ PHẢN ỨNG: Vật liệu: 1.1 Vi sinh vật: 1.2 Môi trƣờng phát triển tốt vi sinh vật: 1.3 Chuẩn bị giống: Bể phản ứng: 2.1 Giới thiệu: 2.2 Thời gian tới hạn oxi: 2.3 Bể khuấy trộn: 2.4 Thang khơng khí 2.5 Cột bọt 2.6 Xác định thử nghiệm giá trị Col tới hạn: 2.7 Thời gian tới hạn nồng độ chất 2.8 Thời gian tới hạn cho trình nhiệt (heat prodution) 10 3.Phương pháp tính tốn, thiết kế bể phản ứng: 11 3.1 Phƣơng pháp tính toán: 11 3.2 Thiết kế bể phản ứng thực quy trình ni cấy cơng nghiệp thu nhận enzyme protease kiềm với suất 200 tấn/ năm 14 3.3 Xét nghiệm hoạt tính Enzyme: 16 CHƢƠNG III: BÀN LUẬN 16 Giới thiệu 16 Hạn chế truyền khối 17 Hạn chế độ nhớt 18 Hạn chế nhiệt độ, holdup, bọt 18 Nồng độ sinh khối 20 Nồng độ sản phẩm (Sự thu hồi sản phẩm) 20 TÀI LIỆU THAM KHẢO 22 NHÓM 12 Page KỸ THUẬT CÁC QUÁ TRÌNH SINH HỌC DANH MỤC VIẾT TẮT RRM : vịng / phút Vvm : thể tích khơng khí thể tích mơi trường / phút; DO : oxy hoà tan; DCW : trọng lượng tế bào khô Yp / s : suất protease chất (U / g) Yp / x : hình thành sản phẩm protease sinh khối (U / mg DC) Yx / s : Năng suất sinh khối chất (mg / g) OTR: tốc độ cung cấp khí oxy KL: hệ số truyền khối pha lỏng a: diện tích bề mặt tiếp xúc đơn vị thể tích bể phản ứng (m2/m3) C*OL: nồng độ oxy bão hòa pha lỏng cân với pha khí COL: nồng độ oxy pha lỏng thời điểm đo po: áp suất riêng phần oxy khí dùng để sục Ho: độ hòa tan oxy phần lỏng dịch lên men P: công suất cánh khuấy (W) P NP (Tốc độ cánh khuấy) uG: vận tốc bọt khí (m/s) V: thể tích lên men (L) NHĨM 12 Page KỸ THUẬT CÁC QUÁ TRÌNH SINH HỌC CHƢƠNG I: GIỚI THIỆU Protease (E.C.3.4.21.14) enzym phá vỡ liên kết peptit axit amin protein Chúng gọi enzyme proteolytic Điều quan trọng việc phân giải protein phức tạp thành axit amin đơn giản Protein kiềm sản xuất loạt vi sinh vật bao gồm vi khuẩn, nấm mốc nấm men, actinomycetes vv Protease gồm sáu nhóm, protease serine, protease threonine, protease cysteine, protease aspartate, cơng trình metaloprotease Trong vi khuẩn, enzym protease sản xuất chủ yếu Bacillus licheniformis, B horikoshii, B.sphaericus, B furmis, B alcalophilus,B subtilis Protease có nhiều chức có nhiều ứng dụng cơng nghệ sinh học quan trọng Đây ba nhóm enzyme cơng nghiệp lớn tìm thấy ứng dụng chất tẩy rửa (để loại bỏ protein khỏi vải bẩn máu, sữa, mồ hôi, cỏ ) Trong protease công nghiệp tơ tằm sử dụng trình tẩy lụa chất tẩy rửa tổng hợp có hàm ý chất hoạt động bề mặt khơng ion phần; Trong ngành công nghiệp da (dùng để tẩy, nhổ lông, tẩy dầu mỡ ngâm tẩm da thuộc da xanh) da dehairing enzyme dựa da coi phương pháp thay thân thiện mơi trường với q trình hóa học thông thường Trong ngành công nghiệp thực phẩm, để loại bỏ cay đắng không mong muốn mát chín ví dụ protease sản xuất hương vị thực phẩm Protease sử dụng để phục hồi phần protein động vật cá mà khơng bị lãng phí sau giết mổ Protease sử dụng điều trị da cá để sử dụng công nghiệp Trong ngành dược phẩm, sử dụng để ngăn ngừa nhiều máu đóng băng làm giảm đơng máu xu hướng tiểu cầu hồng cầu Proteases sử dụng sản xuất thuốc, enzym sử dụng chất hỗ trợ tiêu hóa tuyến tụy Trong loại thuốc sinh học, protease giúp ngăn ngừa điều trị bệnh thoát khỏi tác dụng thuốc truyền thống, chẳng hạn ung thư bệnh đa dạng phổ biến khác Một ứng dụng khác xử lý nước thải, nơi proteaza kiềm hịa tan protein chất thải thơng qua q trình nhiều bước để thu hồi chất lỏng đặc có giá trị dinh dưỡng cao cá gia súc Protein kiềm nhóm enzym nghiên cứu rộng rãi sử dụng rộng rãi nhiều ứng dụng công nghiệp thực phẩm, dược phẩm da hai phần ba ngành cơng nghiệp tẩy rửa Protease vi khuẩn ngày trở nên quan trọng hóa chất thơng thường để tách peptide chi phí sản xuất rẻ sử dụng nguồn tái tạo Protease vi khuẩn tạo từ vi khuẩn, nấm men cách sử dụng nhiều trình lên men trạng thái rắn, lên men ngập Các vi khuẩn chi Bacillus nhà sản xuất hoạt tính proteaza kiềm chế ngồi tế bào Hiện tại, lượng lớn proteaza kiềm có omercian có nguồn gốc từ dịng Bacillus Mặc dù sản xuất protease tài sản cố hữu tất sinh vật, có vi khuẩn tạo lượng lớn NHÓM 12 Page KỸ THUẬT CÁC QUÁ TRÌNH SINH HỌC CHƢƠNG II: VẬT LIỆU VÀ PHƢƠNG PHÁP THIẾT KẾ BỂ PHẢN ỨNG: 1.1     Vật liệu: Vi sinh vật: Giới: Bacteria Ngành:Firmicutes Lớp:Bacilli Bộ: Bacillales Họ: Bacillaceae Chi: Bacillus Giống: Bacillus Loài: Bacillus licheniformis Bacillus licheniformis loại vi khuẩn gram dương, hình que, ưa nhiệt Nhiệt độ tăng trưởng tối ưu khoảng 30°C Nhiệt độ tối ưu để sản sinh enzyme 370C Có khả tạo bào tử Sử dụng chủng vi khuẩn, Bacillus licheniformis NCIM 2044 thu từ Bộ sưu tập Quốc gia vi sinh vật công nghiệp (NCIM) Licheniformis Bacillus loại vi khuẩn thường tìm thấy đất Nó tìm thấy lơng chim, đặc biệt lông ngực lưng, thường loài chim sống đất (như chim sẻ ) lồi thủy sinh (như vịt ) Nó vi khuẩn gram dương , vi khuẩn ưa nhiệt Nhiệt độ tăng trưởng tối ưu khoảng 50 ° C, tồn nhiệt độ cao nhiều Nhiệt độ tối ưu cho tiết enzyme 37 ° C Nó tồn dạng bào tử để chống lại môi trường khắc nghiệt, trạng thái thực vật điều kiện tốt NHÓM 12 Page KỸ THUẬT CÁC Q TRÌNH SINH HỌC Mơi trƣờng phát triển tốt vi sinh vật: 1.2 Lúa mì -1% dextrose-0.2% bột đậu nành-0.3% peptone-0.2% Chiết xuất thịt bò Chiết xuất nấm men NaCl Bổ sung thêm chất cảm ứng casein để vi sinh vật tăng khả sản xuất protease Chuẩn bị giống: 1.3 Sử dụng chủng vi khuẩn, Bacillus licheniformis NCIM 2044 thu từ Bộ sưu tập Quốc gia vi sinh vật công nghiệp (NCIM) Bể phản ứng: 2.1 Giới thiệu: Trong bể phản ứng tuần hồn có sục khí, dịng chất lỏng tuần hồn lên xuống Cũng vậy, dòng chảy qua bể khuấy mơ vịng tuần hồn Trong lên men, nguồn carbon đưa vào bể theo đợt Do vậy, việc bổ sung chất mô hình bao gồm dịng vào liên tục chất vị trí xác định bể Tương tự áp dụng cho oxy với lên men có khuấy trộn: q trình truyền oxy diễn chủ yếu vùng khuấy Một môi trường lỏng bao gồm VSV, trải qua giai đoạn bổ sung chất từ giai đoạn đó, tiêu thụ đáng kể xảy Sự tiêu thụ diễn chất cạn kiệt, chất bổ sung trình tiếp diễn Thời gian tới hạn tcr định nghĩa thời điểm mà chất sử dụng hết: Ccf: nồng độ chất điểm bổ sung (mol m-3) -rsu: tốc độ sử dụng chất đơn vị thể tích (mol m-3 s-1) Thời gian tới hạn liên quan đến thời gian tuần hồn dịng chảy lí tưởng Khi dịng tuần hồn mơ tả dịng chảy lí tưởng kéo theo thời gian tuần hoàn nhỏ thời gian tới hạn Nếu trường hợp đó, chất lỏng bị cạn kiệt Cs=0 Đối với dịng khơng lí tưởng, phần tử chất lỏng cạn kiệt dẫn đến thời gian tuần hoàn lớn tcr Như tiêu chuẩn tcr nên lớn lớn nhiều so với thời gian tuần hoàn 2.2 Thời gian tới hạn oxi: Nếu truyền khối diễn vị trí riêng lẻ hệ thống tuần hoàn, Oxi bổ sung nồng độ Cof (mol m-3) vị trí sẵn sàng cho VSV Sau qua khỏi vị trí bổ sung này, tốc NHĨM 12 Page KỸ THUẬT CÁC QUÁ TRÌNH SINH HỌC độ tiêu thụ OU R (mol m-3 s-1) Nếu OU R cho trì giờ, kéo theo Eq (18.1) thích hợp với tcro (s), thời gian tới hạn với Oxi: 2.3 Bể khuấy trộn: Đối với bể khuấy truyền khối diễn chủ yếu vùng khuấy, đặc biệt với mơi trường bán rắn Do hệ thống lên men có khuấy trộn với cách khuấy, nồng độ vùng khuấy trộn, Cols (mol m-3) cao vị trí bể Nếu truyền khối bên ngồi, thiếu khuấy, từ vùng khuấy xem vị trí bổ sung Oxi Cols Cof định nghĩa Nếu tcro định nghĩa Cols, Eq (18.2) trở thành: Nếu truyền khối oxi diễn vùng cánh khuấy khơng có truyền khối ngồi vùng này, từ mơi trường khỏi vùng khuấy bị cạn kiệt oxi thời gian gần với tcro Trong lên men có khuấy trộn, truyền khối bên ngồi vùng khuấy trộn khác 0, thật thấp nhiều so với vùng khuấy Điều có nghĩa hao hụt diễn giá trị thời gian gần với tcro Vì vậy, thời gian tới hạn Oxi nên tính tốn tiến trình thiết kế tối ưu hóa Đối với mục đích này, phải liên quan đến thơng số thiết kế Điều hồn thành mối quan hệ với thời gian tuần hoàn với thời gian trộn Đối với bể với cánh khuấy thiếu hụt Oxi bên vùng khuấy, hợp lí trường hợp lí tưởng, vịng tuần hồn mơ dịng lí tưởng: Eq (18.4) thích hợp mơ hình giả sử chứng minh Tuy nhiên, lên men có khuấy trộn có trường hợp truyền Oxi vùng khuấy, thứ tự lượng truyền khối cột bọt với vận tốc khí bề mặt bể khuấy Điều dẫn đến thời gian tăng lên trước hao hụt Oxi diễn Thời gian hao hụt lớn tcro tính tốn với Ep (18.4) Nếu sử dụng nhiều cánh khuấy, môi trường nạp vào sau lần qua vùng khuấy Trong trường hợp đó, bể coi chia thành nhiều ngăn, ngăn với cánh khuấy Trong trường hợp đó, giá trị tc ngăn với cánh khuấy nên sử dụng thay thời gian tuần hồn toàn bể Bên cạnh tất yếu tố này, vấn đề vịng tuần hồn khơng hồn tồn thuộc dạng dịng lí tưởng Một lượng hạn chế việc phân tán coi trao đổi; nhiên, vùng không hoạt động với thời gian lưu tương đối dài xảy Điều có nghĩa phân bố điểm thời gian tuần hoàn dẫn đến giá trị lớn nhỏ giá trị trung bình sử dụng Eq (18.4) Khơng có thơng tin xác phân bố thời gian tuần hồn Vì vậy, Eq (18.4), hữu dụng xem biểu thị NHÓM 12 Page KỸ THUẬT CÁC QUÁ TRÌNH SINH HỌC Sự ảnh hưởng bắt buộc truyền khối oxi cho ( C0ol – Cols) theo Ở bar C0ol = 0.27 mol m-3 Điều có nghĩa giá trị Cols > ( khoảng cách, 0.10 mol m-3) làm giảm ảnh hưởng bắt buộc lên trình truyền khối Bởi thời gian tuần hồn tăng lên theo quy mơ, tác động trở nên đáng kể quy mô lớn Để ngăn thiếu hụt oxi bể, giá trị Cols nên nâng cao; nhiên, để đạt truyền khối tối ưu Cols nên giá trị thấp đến mức hoàn toàn Hai nhu cầu mâu thuẫn với gia trị tối ưu nên tìm Đối với mục tiêu này, Cols nên biết xác Lý thuyết đốn thứ tự độ lớn giá trị 2.4 Thang không khí Eq (18.2) sử dụng cho truyền oxi vùng riêng lẻ dòng đầu vào Sự lơi khơng khí coi phản ứng khép kín gần dịng đầu vào Trong phần này, hao hụt oxi cục chuyển hóa trao đổi mục trước khơng xảy Eq (18.2) dùng phần hệ thống lơi khơng khí việc đưa thời gian lưu thông qua ống cho nhập liệu 2.5 Cột bọt Khái niệm tcr định nghĩa Eq (18.2) không dùng cho cột bọt truyền khối diễn tồn cột Như hịa tan khơng khí, giới hạn truyền khối xảy phần cột cao 2.6 Xác định thử nghiệm giá trị Col tới hạn: Những mục trước cho thấy quy mơ lớn hao hụt oxi cục xảy dễ dàng Việc tính tốn tạo cho nồng độ Col tác động trở nên quan trọng Sự hịa trộn phân tán phản ứng phức tạp để tính tốn xác giá trị Do đó, phương pháp thử nghiệm thảo luận tạo thơng tin bổ sung Mục đích hầu hết bể lên men sinh học sản phẩm vi sinh vật Đối với việc việc tiêu thụ oxi việc sản xuất sản phẩm vi sinh vật phải tối ưu Bởi vậy, để kiểm tra tối ưu sau lên men thực đo lường số OUR việc tạo sản phẩm tính trung bình cho tồn bể, giảm điều kiện khơng thích hợp, thiếu hụt oxi đâu bể xảy Từ nguồn nguyên liệu có sẵn, thiếu hụt oxi xuất quy mơ nhỏ, phản ứng trộn lí tưởng, việc sản xuất sản phẩm nồng độ oxi tới hạn theo khoảng cách penicillin bắt đầu giảm xuống thấp, >KsTrong trường hợp Cs cao, không ảnh hưởng đến tốc độ tăng trưởng, µmax thường thu bình phản ứng với hàng loạt chất diện khơng có ức chế chất q trình lên men Khi tăng trưởng µ COL = 0.6 x 7.67 = 4.6 (mg/L) Tốc độ truyền khối oxy: OTR = kL.a (C*OL – COL) = 62 (7.67 – 4.6) = 190.34 (mg.L-1.h-1) 3.2 Thiết kế bể phản ứng thực quy trình ni cấy cơng nghiệp thu nhận enzyme protease kiềm với suất 200 tấn/ năm  Chuẩn bị giống , cấy truyền , tăng sinh : (1) Cho lượng chủng vi khuẩn Bacillus licheniformis vào 3mL môi trường nuôi cấy sản xuất protease tôt , ủ 37oC, 150rpm 24 (2) Nhân giống cấp cho vào 30ml môi trường, lấy 10% (1) cấy vơ trùng truyền trì 37º C, 150 vòng / phút 24h Nhân giống cấp sản xuất 300mL, lấy 10% từ (2) chuyển vơ trùng trì 37 o C, 150 rpm 24  Chuẩn bị môi trƣờng nuôi cấy Theo khảo sát để đạt hoạt độ enzym cao tốt 172,425 U / ml mơi trường có chứa : Lúa mì -1%, dextrose-0.2%, bột đậu nành-0.3%, peptone-0.2% pH nhiệt độ 37 ºC pH thấp hơn, hoạt tính enzym protease kiềm ổn định khoảng pH cao Để đạt nồng độ enzyme protease cao cần phải có chất cảm ứng protein casein với lượng 20g/l Dựa vào khảo sát tăng nồng độ casein có ảnh hưởng đáng kể đến suất protease vượt 20 g / l Nồng độ ban đầu casein ảnh hưởng đến độ nhớt mơi trường lên men hình Từ hình rõ ràng ảnh hưởng nồng độ casein ban đầu đáng kể tốc độ hình thành sản phẩm cụ thể tốc độ truyền oxy Ở 20 g / l nồng độ casein, SPF tối đa 119 U / mg DC xếp lại tiếp tục giảm với gia tăng nồng độ casein Khi nồng độ ban đầu casein khác mức 20, 30, 40 50 g / l, độ nhớt thay đổi 0,018, 0,021, 0,027 0,031 kg / ms vào cuối 24 hoạt động Vào cuối 72 hoạt động độ nhớt lô, E1, E2, E3 E4 0,031, 0,038, 0,043 0,056 kg / m s Khi độ nhớt dung môi lên men tăng lên thời gian hoạt động máy phản ứng sinh học, hệ số truyền khối lượng oxy thể tích giảm NHĨM 12 Page 14 KỸ THUẬT CÁC Q TRÌNH SINH HỌC Nồng độ ban đầu casein ảnh hưởng đáng kể đến độ nhớt môi trường lên men suốt q trình thí nghiệm, từ ảnh hưởng đến hệ số truyền khối lượng oxy thể tích, cuối dẫn đến Tỷ lệ sản xuất protease thấp  Chọn bể phản ứng hình trụ có nắp đậy hình chóp có cánh khấy Các thơng số để chuẩn bị thiết bị phản ứng : Thể tích thực thiết bị : Vthiết bị =260 m3 D đường kính thiết bị : D = 5.76 m Chiều cao thiết bị : H = 2.5.76 = 11.52 m Đường kính vách ngăn cách nhiệt lớp vỏ áo :dvách = 0.576 m Đường kính cánh khuấy : d = 1,73 m Chiều cao cánh khuấy :h = 0,346 m Khoảng cách cánh khuấy cần tính là: 2.6(m)  Chọn thiết bị điều chỉnh nhiệt độ Ph cho bể phản ứng Bốn vách ngăn cách thiết kế để ngăn cản hình thành dịng xốy làm giảm hiệu suất pha trộn Chiều rộng vách ngăn thường 1/10 đường kính thùng Ở trường hợp hệ lên men hiếu khí (aerobic fermenter), phun lỗ đơn (single orifice sparger) phun vòng sử dụng để sục khí cho hệ lên men Bộ phận phun đặt vị trí cánh khuấy cuối đáy vessel Độ pH hệ lên men trì cách dùng dung dịch đệm điều chỉnh pH (pH controller) Nhiệt độ điều chỉnh hệ thống gia nhiệt làm lạnh tự động NHÓM 12 Page 15 KỸ THUẬT CÁC Q TRÌNH SINH HỌC Hình Sơ đồ cấu tạo bể lên men theo mẻ 3.3 Xét nghiệm hoạt tính Enzyme: Hoạt tính protease xác định cách sử dụng phương pháp Yang Huang Hỗn hợp phản ứng chứa 1,5ml casein dung dịch 0,1M carbonate Bicarbonate (pH 10,5), clorua canxi 0,5mL 5mM, dung dịch enzym 0,5mL ủ 30 phút 40 o C Sau ủ, ml dung dịch acid tricloroaxetic thêm vào, ủ 30 o C 45 phút Sau đó, hỗn hợp phản ứng ly tâm 3000rpm 10 phút thu chất mặt Độ hấp thụ đo 280nm Tyrosine sử dụng tiêu chuẩn (0-100 μg / mL) Đơn vị hoạt động enzyme 1μg tyrosine phát hành phút điều kiện khảo nghiệm CHƢƠNG III: BÀN LUẬN Các hạn chế thiết kế Giới thiệu Từ khái niệm thời gian tới hạn xuất giá trị nhỏ cho truyền khối khuấy trộn cần thiết để vượt qua hiệu ứng Tuy nhiên, thời gian khuấy trộn qui mô lớn khơng thể dễ dàng NHĨM 12 Page 16 KỸ THUẬT CÁC QUÁ TRÌNH SINH HỌC vượt qua ngoại trừ việc tăng lượng khuấy giá trị dịng khí Bởi truyền khối liên quan đến lượng khuấy giá trị dịng khí, giá trị bị giới hạn Với giới hạn truyền khối sinh khối nồng độ sản phẩm phức tạp sinh khối độ nhớt sợi(filamentous) VSV Hạn chế truyền khối Hệ số truyền khối oxi chủ yếu kotA (s-1)liên quan đến tốc độ dịng khí lƣợng khuấy, lượng khuấy thường từ 1-5kW/m3 Giới hạn thấp xác định để ngăn cản pha loãng(flooding) Giới hạn cho phá hủy cắt tăng tốc độ khuấy dễ dàng nguyên nhân học Yếu tố thứ xác định tốc độ truyền khối oxi (OTR) động lực học (driving force) Ở đây, áp suất yếu tố quan trọng, nguyên nhân học giới hạn áp suất trên, chi phí nén liên quan Sử dụng oxi nguyên chất khí làm giàu oxy phương pháp tăng động lực, chi phí lại cao Bên cạnh ảnh hưởng động lực cao, với phần đáng kể tiêu thụ oxi, dẫn tới nồng độ CO2 ảnh hưởng đáng kể tới lượng oxy sử dụng Chiều cao cột bọt nước có đặc điểm giảm áp suất tĩnh cạn kiệt pha khí theo chiều cao truyền khối diện tích thấp Mơ hình tính tốn khơng trực tiếp bình lên men air lift Vd 18.1 thể cách để mơ hình chiều cao Chiều cao cột bọt nước hệ ảnh hưởng cạn kiệt pha khí giảm áp suất tĩnh Bỡi tốc độ pha lỏng nhỏ pha khí, vấn đề xảy chiều cao nhỏ 50m Kết hợp tất hạn chê trên, OTR tối đa lên cho bình khuấy 0.06 cho cột bọt nước Như giá trị kết hợp cực trị, 0.05mol hợp lí nhất.Dù tính tốn thể truyền khối bình lên men hạn chế Điều chấp nhận hạn chế lên men Eq 2.6b viết lại cho CH2O chất NHÓM 12 Page 17 KỸ THUẬT CÁC QUÁ TRÌNH SINH HỌC Fig 18.3 thể giá trị OUR dựa giá trị sinh trưởng mật độ tế bào Mật độ tế bào vùng hạn chế kích thước vật lí khơng xảy Cả mật độ tế bào thể hình 18.3 Trên giá trị chắn cho giá trị mật độ tế bào cao giá trị sinh trưởng thấp Điều minh họa sáng tỏ OTR tham số giới hạn, nói chung truyền khối oxi xác định giới hạn cho lên men hiếu khí Hạn chế độ nhớt Trong phần trước thể độ nhớt lên men thấp giới hạn OTR tăng mật độ tế bào giá trị sinh trưởng Fig 18.3 thể giá trị OUR tính tốn từ cân động lực với Cx µ biến đổi Tuy nhiên,số liệu kotA OUR hình giữ cho đọ nhớt lên men, cho nấm men vi khuẩn Hạn chế nhiệt độ, holdup, bọt Nguồn nhiệt độ sản xuất tiêu thụ oxi tiêu thụ lượng khuấy Giá trị hợp lý ướt tính phần 18.2.2 OUR= 0.05 mol m-3s-1 Ps/V=2000 Wm-3 áp dụng công thức 13.3 hiệu suất cho nhiệt sản xuất: ruH (W m-3) NHÓM 12 Page 18 KỸ THUẬT CÁC QUÁ TRÌNH SINH HỌC Holdup khơng có giới hạn Những khía cạnh bất lợi thể tích bình lên men bị chiếm giữ lý tắc nghẽn khí khơng có sẵn cho vsv Giá trị holdup cho điều kiện cho phần 18.2.2 vùng 15% đến 30% việc ảnh hưởng thể tích lên men 70% đến 85% Một lần bọt khí khơng hạn chế, thể rộng rãi chương 12, bọt truyền khối có liên quan phương pháp đặc điểm kết hợp bong bóng Như gắn liền với hạn chế truyện khối, phần không gian cần thiết ngưỡng an tồn để kiểm sốt bọt Khi điều thêm vào holdup thể tích, xuất hiệu ứng thể tích bình lên men giảm 70% đến 85% tính tốn từ điều chỉnh hold-up NHÓM 12 Page 19 KỸ THUẬT CÁC QUÁ TRÌNH SINH HỌC Nồng độ sinh khối Như công thức 18.12, nồng độ sinh khối tối đa đạt liên quan đến hạn chế chuyển hóa sinh khối Gía ttrị giá trị mà sinh khối hạn chế Nơi mà giới hạn học kích cở khơng thể đạt tới đựơc Khoảng biến tthiên khoảng 150-250 kg.m-3 Các giá trị nồng độ sinh khối tính từ tổng sinh khối Mx, thể tích canh trường (Vb) bể phản ứng Đối với nuôi cấy gián đoạn nuôi cấy gián đoạn bổ sung chất Mx (t) tính tốn phương trình cân suất Chương (xem Ví dụ 2.1) Vb tính từ trọng lượng nước dùng G(t) (kg) với cân trọng lượng hình Chương (Ví dụ 2.5) Cx (t) tính : với ρb (kg m-3) mật độ nước dùng Đối với nuôi cấy gián đoạn bổ sung chất trọng lượng gần giảm theo thời gian, chủ yếu thành phần chất bổ sung vào,có nghĩa Cx, tăng lên đến mức độ thấp so với Mx, nuôi cấy gán đoạn thành phần chất vắng mặt , để lại O2, CO2 bay Ở trọng lượng thường giảm dần theo thời gian, dẫn đến Cx tăng nhanh , Nồng độ sản phẩm (Sự thu hồi sản phẩm) Nồng độ sản phẩm yếu tố quan trọng trình thu hồi Một số đơn vị hoạt động nhỏ, đặc biệt tách đặc, "phụ thuộc khối lượng," có nghĩa suất độc lập với nồng độ sản phẩm Điều làm cho chi phí tỉ lệ nghịch với nồng độ Nồng độ cho mẻ ni cấy gián đoạn bổ sung chất cho sau phương trình; NHĨM 12 Page 20 KỸ THUẬT CÁC Q TRÌNH SINH HỌC Phương trình cho thấy lên men hàng loạt thích hợp sản xuất cho ứng dụng mà ,giá trị Cx lớn cho tồn q trình lên men Đối với hầu hết trình lên men đợt tăng trưởng theo cấp số nhân xảy phần lớn suất thấp giá trị Cx thấp, Đôi tốc độ tăng trưởng kiểm sốt, ví dụ với N hạn chế Các bể nuôi cấy gián đoạn bổ sung chất thường ưa thích kiểm sốt giới hạn Cx Nồng độ sinh khối nuôi cấy liên tục cho Điều có nghĩa nồng độ sản phẩm phụ thuộc vào tốc độ tăng trưởng So sánh nuôi cấy liên tục nuô cấy gián đoạn bổ sung chất với tế bào nồng độ (cả hai định khối lượng tạo thành), nồng độ sản phẩm có tỷ lệ te/µ-1, te từ 200 h trở lên; giá trị µ-1 thường nhỏ nhiều Ảnh hưởng nồng độ pha loãng bỏ khỏi tính tốn khối lượng tăng nuôi cấy liên tục bổ sung chất, vậy, chúng tơi kết luận số lượng lớn trường hợp nuôi cấy gián đoạn bổ sung chất cho nồng độ sản phẩm cao so với nuôi cấy liên tục Đây lại lý cho ứng dụng nuôi cấy gián đoạn bổ sung chất NHĨM 12 Page 21 KỸ THUẬT CÁC Q TRÌNH SINH HỌC TÀI LIỆU THAM KHẢO Swapna Vadlamani, Sreenivasa Rao Parcha, Studies on industrially important alkaline protease production from locally isolated superior microbial strain from soil microorganisms, International Journal of Biotechnology Applications, 2011, (3), 102- 105 Nurullah Akcan and Fikret Uyar, Production of extracellular alkaline protease from Bacillus subtilis RSKK96 with solid state fermentation, Eurasia Journal of Biosciences, 2011, 5, 6472 Sumantha A., Larroche C and Pandey A., Microbiology and Industrial Biotechnology of Food-Grade Proteases: A Perspective, Food Technology and Biotechnology, 2006, 44 (2), 211–220 Adinarayana K, Ellaiah P Investigations on alkaline protease production with B subtilis PE11 immobilised in calcium alginate gel beads Process Biochemistry, 2004, 39, 1331-1339 Mala B Rao, Aparna M Tanksale, Mohini S Ghatge and Vasanti V Deshpande, Molecular and Biotechnological Aspects of Microbial Proteases, Microbiology and Molecular Biology Reviews, 1998, 62 (3), 597–635 Kumar D., Savitri, Thakur N., Verma R and Bhalla T C., Microbial Proteases and Application as Laundry Detergent Additive Research Journal of Microbiology, 2008, 3, 661-672 Masse F W J L., Van Tilburg R., The benefit 10 11 of detergent enzymes under changing washing conditions, Jornal of American Oil Chemical Society, 1983, 60, 1672–75 Singh L., Devi Y and Devi S., Enzymological characterization of pineapple extract for potential application in oak tasar (Antheraea proylei J.) silk cocoon cooking and reeling, Electronic Journal of Biotechnology, 2003, 615, 12 Rinsey Johnny V.A and Karpagam Chinnammal S., Degumming Of Silk Using Protease Enzyme from Bacillus Species, International Journal of Science and Nature, 2012, (1), 5159 Arunachalam C and Saritha K., Protease enzyme: an eco-friendly alternative for leather industry, Indian Journal of Science and Technology, 2009, (12), 29-32 Dayanandana A., Kanagarajb J., Lesley Sounderraja, Govindarajua R., Suseela Rajkumar G., Application of an alkaline protease in leather processing: an ecofriendly approach, Journal of Cleaner Production, 2003, 11 (5), 533–536 12 Gupta R., Beg Q K., Lorenz P., Bacterial alkaline proteases: molecular approaches and industrial applications, Applied Microbiology and Biotechnology, 2002, 59 (1), 15-32 13 Takagi H., Kondou M., Hisatsuka T., Nakamori S., Tsai Y C., Yamasaki M., Effects of an alkaline elastase from an alkalophilic Bacillus strain on the tenderization of beef meat, Jouranl of Agriculture and Food Chemistry, 1992, 40, 2364–68 14 Ganesh Kumar C and Hiroshi Takagi, Microbial alkaline proteases: From a bioindustrial viewpoint, Biotechnology Advances, 1999, 17, 561–594 NHÓM 12 Page 22 KỸ THUẬT CÁC QUÁ TRÌNH SINH HỌC 15 Barthomeuf C., Pourrat H., Pourrat A., Collagenolytic activity of a new semi-alkaline protease from Aspergillus niger, Journal of Fermentation and Bioengineering, 1992, 73, 233– 36 16 Shoemaker S., The use of enzymes for waste management in the food industry, Biotechnology in Food Processing, Noyes Publications (Park Ridge, NJ), 1986, 259–6 NHÓM 12 Page 23 KỸ THUẬT CÁC Q TRÌNH SINH HỌC NHĨM 12 Page 24 ... pháp tính tốn, thiết kế bể phản ứng: 11 3.1 Phƣơng pháp tính tốn: 11 3.2 Thiết kế bể phản ứng thực quy trình ni cấy cơng nghiệp thu nhận enzyme protease kiềm với suất 200. .. 3.2 Thiết kế bể phản ứng thực quy trình ni cấy cơng nghiệp thu nhận enzyme protease kiềm với suất 200 tấn/ năm  Chuẩn bị giống , cấy truyền , tăng sinh : (1) Cho lượng chủng vi khuẩn Bacillus licheniformis. .. vv Protease gồm sáu nhóm, protease serine, protease threonine, protease cysteine, protease aspartate, cơng trình metaloprotease Trong vi khuẩn, enzym protease sản xuất chủ yếu Bacillus licheniformis,