Giới thiệu về bacillus licheniformis

Mục lục Giới thiệu Bacillus licheniformis 2 Giới thiệu protease kiềm Qúa trình lên men 4 Tính thể tích, đường kính chiều cao thiết bị .6 Thiết kế cánh khuấy 6 Tính toán kiểm soát nồng độ Oxy: Giới thiệu Bacillus licheniformis Là loại vi khuẩn gram dương, hình que, ưa nhiệt Nhiệt độ tăng trưởng tối ưu o khoảng 30°C Nhiệt độ tối ưu để sản sinh enzyme 37 C Trong điều kiện môi trường khắc nghiệt, nghèo dinh dưỡng, đặc biệt đất, có khả tạo bào tử Những bào tử chịu nhiệt, lạnh, xạ, áp lực môi trường khác Dưới điều kiện tốt, bào tử nảy mầm trở thành tế bào vi khuẩn thể hoạt động licheniformis có khả sản sinh nhiều enzyme, đặc biệt amylase protease - loại enzyme quan trọng thuộc hệ thống men tiêu hóa, sản sinh enzyme có khả thủy phân glucid, lipid, protid, enzyme cellulase biến đổi chất xơ thành loaị đường dễ tiêu, lecitinase thủy phân chất béo phức hợp, enzyme phân giải gelatin, enzyme phân giải fibrin vàmôṭloaịenzyme giống lysozyme gây tác dungg̣ trưcg̣ tiếp dung giải số typ vi khuẩn Proteus gây bênḥ đường ruột… B Ngoài ra, B licheniformis góp phần ổn đinḥ hệ vi khuẩn có ích cho đường ruôt,g̣ có khảnăng tổng hơpg̣ môṭsốchất kháng sinh tự nhiên cótác dungg̣ ức chếsinh trưởng hoăcg̣ tiêu diêṭmôṭsốvi sinh vâṭkhác, tác dungg̣ lên cảvi khuẩn gram âm lẫngram dương, nấm gây bênḥ Do đó, B licheniformis cókhảnăng canḥ tranh tốt với vi khuẩn gây hại khác B licheniformis giúp cải thiện trọng lượng, chuyển hóa thức ăn giảm bệnh tiêu chảy, tỉ lệ chết non vật nuôi, B licheniformis tiết enzyme phân hủy chất carbonhydrate, chất béo đạm thành đơn vị nhỏ Chúng có khả phân hủy chất phế thải hữu cơ, tích lũy đáy ao nuôi, làm nước B licheniformis có tác dụng làm giảm COD, H2S ao tôm làm tăng suất nuôi Các chế phẩm men vi sinh chứa nhóm vi khuẩn Bacillus sp có tác dụng phân huỷ nhanh hợp chất hữu cơ, làm mùi hôi, kích thích phát triển vi khuẩn có lợi, cạnh tranh môi trường sống, làm giảm số lượng vi khuẩn có hại gây bệnh, làm ổn định môi trường Giúp chuyển hoá chất hữu như: xác động thực vật, cặn bã thành CO nước; chuyển chất độc hại NH 3, NO2- thành chất không độc NO3-, + NH4 từ làm ổn định chất lượng nước 2 Giới thiệu protease kiềm Trong thời gian gần đây, protease có tầm quan trọng đáng kể thị trường giới Protea nhóm protein bao gồm hydrolases lớp dưới, enzyme lớp Protease kiềm Serine (SAP) nhóm quan trọng của enzyme công nghiệp Chúng chiếm khoảng 35% tổng lượng enzyme vi khuẩn Protein serine tạo loại kỹ thuật lên men sử dụng vi sinh vật Trong số protease, protease vi khuẩn có ý nghĩa protease động vật nấm Bacillus loài sinh sôi nảy nở tạo proteaza ngoại bào số nhiều loài vi khuẩn có ứng dụng to lớn ngành dược phẩm, da, giặt chế biến thực phẩm Mô hình toán học của trình lên men giúp hiểu mối quan hệ sản xuất protease phát triển của vi khuẩn để cung cấp thông tin định lượng hành vi của hệ thống Do đó, việc sản xuất protease quy mô công nghiệp cao cần phải thực Trọng tâm của tổng quan cung cấp nhìn khái quát sản xuất lên men yếu tố ảnh hưởng đến trình sản xuất, động học tăng trưởng trình chế biến protein serine kiềm protease Protease 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 công nghiệp tẩy rửa Protease vi khuẩn có tầm quan trọng lớn hóa chất thông thường khác chi phí sản xuất rẻ sử dụng nguồn tái tạo Protease vi khuẩn tạo từ vi khuẩn, nấm nấm men cách sử dụng nhiều trình lên men trạng thái rắn, lên men ngập Vi khuẩn của chi Bacillus nhà sản xuất hoạt tính của protease kiềm phi ngoại bào Hiện tại, lượng lớn protease kiềm có thương mại có nguồn gốc từ dòng Bacillus [1,3] Mặc dù sản xuất protease tài sản cố hữu của tất sinh vật, có vi khuẩn tạo lượng lớn protease tế bào khai thác thương mại 3 Bài toán suất Đề bài: suất 200 tấn/năm Thời gian sản xuất năm: năm ( 365 ngày) - Thời gian bảo trì vệ sinh máy móc, thời gian nghỉ ngày lễ: 35 ngày - Thời gian làm việc của công ty năm: 330 ngày - Thời gian sản xuất của mẻ lên men: 24 - Số mẽ sản xuất năm: 330.24 =330 (mẻ) 24 - Với công suất 200 tấn/năm, sinh khối tạo thành năm: 200.1000 330 =606,06( g/l) Qúa trình lên men - Nồng độ đường ban đầu: S0 = 40g/l - Hiệu suất lên men: 95% - Nồng độ đường lại: S = 40*0.05 = 2g/l Với (X-Xo): lượng sinh khối tạo thành (g/l) lấy giá trị YE/X = 152 (U/gX) Ta có: EMax YE/X= ( X −X 0) (U/gX) Từ suy ra: Nồng độ sinh khối tạo thành: = 8, E max 1318 (X-X0)= = 67 YE / X 152 - Gọi YX /S m = 4464, 48 chất (g/g) 100 (g/l) 95 = 4699, 45 : Hiệu suất tạo thành sinh khối đơn vị Y X /S 8, 67 = 0, 228 = = (g/g) S −S 40 −2 X −X + Phương trình cân vật chất: C6H12O6 + aNH4 + bO2 > CH1,8O0,5N0,2 + cCO2 + + dH2O + eH - Hiệu suất tạo thành sinh khối đơn vị chất YX/S =0,228(g/g) Y  = X /S 0, 228.180 = 1, 67 mol 24, 1/YXS=0,60 - Ta có: C: 6/YX/S = + c H: 12/YX/S + 4a = 1.8 + 2d + e O: 6/YX/S + 2b = 0.5 + 2c + d N: a = 0.2 Cân điện tích: a = e => a = 0.2 ; b=2,55 , c = 2,6, d = , e = 0.2 , => Phương trình cân vật chất có dạng: + 0,6C6H12O6 + 0.2NH4 + 2,55O2 => CH1.8O0.5N0.2 +2,6CO2 + 3H2O + 0.2H Thời gian nuôi cấy theo phương pháp gián đoạn là: ln(X) = ln(Xo) + μmax.t μmax.t 0.1256*24 + Suy lượng sinh khối lúc sau: X = Xo.e = Xo.e (g/l) X - Xo =8.67 g/l => Xo =0,447 => X = 8,223 - Lượng oxi tối thiểu cần cung cấp cho canh trường để đạt nồng độ 8,223 g/l là: 32.8, 223.2, 55 [O2] = - = 27, 28 (g/l) Khối lượng enzyme tinh đưa vào thiết bị Sấy: m = 606, 06 - 100 95 = 637, 96 (kg/mẻ) Khối lượng enzyme đưa vào cô đặc siêu lọc: m = 637, 96 100 95 = 671, 54 (kg/mẻ) - Khối lượng sản phẩm đưa vào Trích ly: m = 671, 54 100 95 = 706,88 (kg/mẻ) - Độ ẩm trước lọc 95% độ ẩm sau lọc 70% Khối lượng sản phẩm đưa vào trước Lọc m = 706, 88 100 95 = 744, 08 (kg/mẻ) Thể tích dung dịch canh trường cần phải lọc mẻ: 100 −70 V = 744, 08 = 4464, 48 (l/mẻ) 100 − 95 Thể tích canh trường cần phải cung cấp cho mẻ lên men: V = 4464, 48 100 95 = 4699, 45 (l/mẻ) -1 Tốc độ sinh trưởng cực đại: μmax = 0,1256 h - Hiệu suất tạo thành sinh khối đơn vị chất: YX/S = 1,67(g/g) có thời gian lên men t = 24h Xt= 8,223 Lượng sinh khối / mẻ= V.Xt = 4699,45.8,223=38643,58 (g/mẻ)=38,64( kg/mẻ) Tính thể tích, đường kính chiều cao thiết bị - Thể tích canh trường lên men chiếm 2/3 thể tích thiết bị lên men V= 3 Vlm = 4, = 7m Gọi: Đường kính bể lên men: D bể (m) Chiều cao thiết bị : Hbể (m) - Tỉ lệ chiều cao thiết bị đường kính thiết bị thường 2/1 3/1 tức Hbể = 2Dbể Hbể = 3Dbể Chọn H Hbể = 2Dbể ta có Vbể=Hbể  7=2D π D2 π D2  D=1,65 m  Từ ta tính giá trị chiều cao của bể Hbể = 3,3m Kết luận 1: Thiết bị lên men có đường kính: Dbể = 1.65m chiều cao: Hbể = 3,3m Thiết kế cánh khuấy - Gọi chiều rộng của vách ngăn : rvn (m) rvn = 10% *Dbể => rvn = 1.65*0.1 = 0,165m (Karimi, et al., 2013) Thiết bị lên men sử dụng vách ngăn - Gọi đường kính cánh khuấy: d (m) Theo lý thuyết, tỷ lệ đường kính cánh khuấy (d) đường kính bể (Dbể): d D = (Charles and Wilson, 2013) d nên ta chọn D = 0.3 => d = 0.3.1,65 = 0,495 m - Gọi chiều cao cánh khuấy: r (m) Ta có tỷ lệ chiều cao của cánh khuấy (r) với đường kính cánh khuấy (d) là: 0.2 Ta tính chiều cao cánh khuấy: 0.2.0,495= 0.1 m Tính khoảng cách cánh khuấy: Gọi khoảng cách cánh khuấy: h (m) Khoảng cách cánh khuấy cuối so với đáy thùng lên men: h3 - h3 = D bể /3 => h3 = 1.65/3 = 0.55 (m) Khoảng cách cánh khuấy đến cánh khuấy thứ (h1) = khoảng cách cánh khuấy thứ đến cánh khuấy cuối (h2) = 1.25* Dbể => h1 = h2 = 1.25*1.65 = 2,06 (m) => Kết luận 2: Lựa chọn trục khuấy có đường kính chiều cao là: 0.495m 0.1m; khoảng cách cánh khuấy cuối với đáy thùng 0.55m, khoảng cách cánh khuấy cách 1,51m 7 Tính toán kiểm soát nồng độ Oxy: - - Hệ số cung cấp khí tính theo công suất của cánh khuấy có dạng: R0=Kla(C*0L-C0L) Với : Kla:Hệ số tốc độ truyền khối của Oxy pha lỏng (h-1, s-1) a: Diện tích bề mặt riêng của pha khí (m2/m3) C*0L:Nồng độ oxy bảo hòa pha lỏng (Độ hòa tan của Oxy) Nồng độ oxy pha lỏng (mol/m3) - Tốc độ cung cấp khí phụ thuộc vào kLacó mối quan hệ theo công thức sau: p 0,7 0,2 kLa= 2.10 (V ) vs −3 (Bioprocess scale up, 2013) P: Công suất cánh khuấy (W) P~NP: Tốc độ cánh khuấy (= 150 rpm) VS: Tốc độ thông khí bề mặt 0.012 m/s (Oscara, et al., 2007) P = ρN D5 Ta có: D3 V Với: ND: vận tốc cánh khuấy (m/s) D: đường kính cánh khuấy (m) ρ : Khối lương riêng (kg/m3) k L a = 2.10 −3.(47968) 0,7 0, 012 0,2 = 1, 56 s −1 = 5616h−1 - Tốc độ truyền khối bể phản ứng tính theo công thức ORT = r0 = kl a(C *OL −COL ) Nồng độ oxy bão hòa canh trường C*OL: = mg/l = 0.008 g/l (Riet and Tramper, 1991) Giả sử khả khuếch tán oxy canh trường 15% so với nồng độ oxy bảo hòa (Doran, 1995)Do đó, nồng độ Oxy pha lỏng COL = 6,8 mg/l => OTR = ro = 5616*(0.008-0.0068) = 6,74 gam O2/ h Ta có : OUR = X µ max Y x/o Với YX/O: hiệu suất tạo thành sinh khối đơn vị khối lượng Oxy Theo phương trình cân vật chất, ta có: => OUR = 24, 6.1 = 0, g o2/ h=300mg o2 /h 32.2, 55 So sánh OTR = 6740 mg O2/ h > OUR = 300mg O2/h nên hệ thống cung cấp khí phù hợp với bể phản ứng thể tích lên men  ...1 Giới thiệu Bacillus licheniformis Là loại vi khuẩn gram dương, hình que, ưa nhiệt Nhiệt độ tăng trưởng tối... Do đó, B licheniformis cókhảnăng canḥ tranh tốt với vi khuẩn gây hại khác B licheniformis giúp cải thiện trọng lượng, chuyển hóa thức ăn giảm bệnh tiêu chảy, tỉ lệ chết non vật nuôi, B licheniformis. .. NO3-, + NH4 từ làm ổn định chất lượng nước 2 Giới thiệu protease kiềm Trong thời gian gần đây, protease có tầm quan trọng đáng kể thị trường giới Protea nhóm protein bao gồm hydrolases lớp