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

BỘ CÔNG THƢƠNG TRƢỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP THỰC PHẨM THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH KHOA CƠNG NGHỆ SINH HỌC VÀ KỸ THUẬT MÔI TRƢỜNG  MÔN HỌC KỸ THUẬT CÁC Q TRÌNH SINH HỌC TÍNH TỐN, THIẾT KẾ BỂ PHẢN ỨNG SẢN XUẤT PROTEASE KIỀM TỪ BACILLUS LICHENIFORMIS VỚI CÔNG SUẤT (NHÀ MÁY) 200 TẤN/NĂM GIẢNG VIÊN HƢỚNG DẪN: Th.S Nguyễn Thị Quỳnh Mai SINH VIÊN THỰC HIỆN: … VÕ VĂN CHUNG 2008140027 NGUYỄN ĐỨC THỊNH 2008140285 HỒ THỊ THỦY TRÚC 2008140347 Tp Hồ Chí Minh, 5/2017 Kỹ thuật trình sinh học GVHD: Th.s Nguyễn Thị Quỳnh Mai MỤC LỤC MỤC LỤC I GIỚI THIỆU VỀ BACILLUS LICHENIFORMIS VA ENZYME Lịch sử phát Bacillus licheniformis 2 Phân loại học Đặc điểm sinh dƣỡng Tổng quan protease kiềm n dụn enzyme protease: II LỰA CHỌN CÔNG NGHỆ III TÍNH TỐN THIẾT BỊ Tính tốn thiết bị lên men Bể lên men Thiết kế cánh khuấy Kiểm soát nồn độ oxy 10 IV KẾT LUẬN 13 TÀI LIỆU THAM KHẢO 15 Trang Kỹ thuật trình sinh học GVHD: Th.s Nguyễn Thị Quỳnh Mai I Giới thiệu Bacillus licheniformis enzyme Lịch sử phát Bacillus licheniformis Bacillus licheniformis loại vi khuẩn thường thấy lông chim đất Những chim có xu hướng mặt đất nhiều khơng khí (tức chim sẻ) mặt nước (tức vịt) vật phổ biến mang vi khuẩn này; Nó chủ yếu tìm thấy xung quanh khu vực ngực chim lơng trở lại B licheniformis phần nhóm subtilis với Bacillus subtilis Bacillus pumilus Những vi khuẩn thường biết đến gây ngộ độc thức ăn hư hỏng thực phẩm Vi khuẩn này, bất lợi, sửa đổi để trở nên hữu ích Các nhà nghiên cứu cố gắng biến lông chim thành thức ăn cho gia súc bổ dưỡng cách lên men protein không tiêu hóa lơng chim với B licheniformis Ngồi cịn có nghiên cứu khả B licheniformis gây thay đổi màu sắc lông chim; Điều cung cấp thông tin tiến hố việc thuộc da Ngồi ra, ni cấy B licheniformis thực để giữ lại protease nó, mà sử dụng chất tẩy giặt Phân loại học Theo phân loại Bergy (1974) Bacillus licheniformis thuộc: Giới (Kingdom) : Bacteria Ngành (Division): Firmicutes Lớp (Class) : Bacilli Bộ (Order) : Eubacteriales Họ (Family) : Bacillaceae Giống (Genus) : Bacillus Loài (Species) : Bacillus licheniformis Đặc điểm sinh dƣỡng B.licheniformis sinh vật hiếu khí nhiên tồn điều kiện kị khí mơi trường có nitrat glucose Nhiệt độ tối ưu 370C sinh trưởng khoảng 30-500C, tối đa 600C pH tối ưu Trang Kỹ thuật trình sinh học GVHD: Th.s Nguyễn Thị Quỳnh Mai Nhu cầu dinh dưỡng: chủ yếu cần nguyên tố C, H, O, N số nguyên tố vi lượng khác Vi khuẩn phát triển tốt môi trường cung cấp đủ nguồn carbon (như glucose) nitơ (như peptone) Trong q trình ni cấy vi sinh vật mơi trường lên men phải có chứa đầy đủ thành phần sau - Glucid: Glucid thường sử dụng dạng dịch chiết có đường, mật rỉ, tinh bột…(phải thủy phân thành đường trước lên men) - Nitơ: Nitơ thường sử dụng lên men dạng muối nitrat, hợp chất amon số chất có nguồn gốc vi sinh vật - Phosphat vơ cơ: Đóng vai trò quan trọng trao đổi lượng tổng hợp acid nucleic Trong lên men muối phosphat vô dùng phổ biến phosphat amon phosphat kali - Các chất sinh trưởng nguyên tố vi lượng: Vitamin nguyên tố vi lượng chất cần thiết cho hoạt động sống vi sinh vật Chúng thường sử dụng với lượng nhỏ tác dụng lớn đa dạng khơng thể thiếu hoạt động sống bình thường vi sinh vật Ngồi mơi trường cịn chứa chất cảm ứng khác tùy theo sản phẩm muốn thu hồi Tổng quan protease kiềm Protease kiềm enzyme sinh lý nhóm enzyme thương mại quan trọng sử dụng ban đầu chất phụ gia tẩy rửa Nó cụ thể xúc tác vai trò thủy phân protein Năm 1994, tổng số thị trường cho enzym công nghiệp chiếm cho khoảng 400 triệu đô, enzymes dùng cho mục đích chất tẩy rửa trị giá 112 triệu USD Ở Nhật, 1994 Protease kiềm doanh thu ước tính 15 triệu n (tương đương 116 triệu ) Enzyme ước tính 40 % tổng số tồn giới bán enzym Có dự kiến cho enzyme xu hướng phát triển lên việc sử dụng protease kiềm tương lai Trang Kỹ thuật trình sinh học GVHD: Th.s Nguyễn Thị Quỳnh Mai Protease xúc tác phân cắt liên kết peptied protein Protease phân chia thành loại : endopeptidase exopeptidase Dựa vào vị trí tác động mạch polipeptide, exopeptidase phân chia thành loại :  Aminopeptidase: xúc tác thủy phân liên kết peptide đầu N tự chuỗi polypeptide để giải phóng acid amin,một dipeptide tri peptide  Carboxypeptide: xúc tác thủy phân liên kết peptide đầu C chuỗi polypeptide giải phóng acid amin dipeptide Protease phân loại dựa vào: (A) pH (B) tính đặc trưng chất (C) Tính tương tự hoạt động để có đặc điểm Enzyme trypsin, chymotrypsin Elastase (D) vị trí hoạt động phần cịn lại axit amin chế chất xúc tác Thông thường, protease phân loại thành bốn nhóm quan trọng serine, cysteine, aspartic kim loại proreases n dụn enzyme protease: Protease loại enzym sử dụng rộng rãi nhiều lĩnh vực như: công nghiệp thực phẩm, y học, nông nghiệp v.v Ở nước ta nghiên cứu protease năm 60 Tron côn n hiệp thực phẩm Protease vi khuẩn sử dụng trình chế biến cá Trong số trường hợp thêm protease làm tăng hương vị sản phẩm Ngồi protease cịn sử dụng để làm mểm thịt tăng hương vị thịt sau chế biến Nếu thủy phân phần protein thịt chế biến làm tăng hương vị thịt Việc thủy phân protein protease không phá hủy vitamin có ngun liệu, khơng làm sẩm màu dịch thủy phân không tạo thành sản phẩm phụ khác Người ta sử dụng protease để sản xuất dịch đạm thủy phân từ phế liệu giàu protein thịt vụn, đầu cá, da để sản xuất thức ăn kiêng Trang Kỹ thuật trình sinh học GVHD: Th.s Nguyễn Thị Quỳnh Mai Một số protease có khả làm đơng sữa sản xuất phomat Protease làm phomat chóng chín, nâng cao chất lượng tạo nhiều loại phomat khác Protease vi khuẩn thay phần renin Vì thế, ta giảm giá thành sản xuất phomat Dùng protease vi khuẩn để thu casein kỹ thuật dùng ngành khác như: vecni, chất màu, hương liệu Nó sử dụng sản xuất chao dịch thủy phân Tron côn n hiệp nƣớc giải khát Protease sử dụng để làm bia nước Được sử dụng trình sản xuất rượu giúp phân giải protein có tác dụng kìm hãm amylase làm tăng q trình đường hóa tinh bột Tron n hiệp thuộc da Protease cịn sử dụng để làm mềm da, tăng cường khả tách lông khỏi da mà không ảnh hưởng đến chất lượng da, vậy, da thu mềm lông Trong mỹ phẩm Protease sử dụng để bổ sung vào loại xà phòng giặt, xà phịng tắm, kem bơi mặt Do có tác dụng loại bỏ lớp biểu bì da chết làm cho da mịn loại xà phịng có chứa protease có tác dụng tẩy mồ vết bẩn protein như: vết máu tốt Tron nôn n hiệp Protease sử dụng để xử lý phế liệu giàu protein làm thức ăn cho vật nuôi, nhằm tăng khả tiêu hóa thức ăn hệ số sử dụng thức ăn, tiến hành cách thêm trực tiếp protease vào thức ăn trước dùng dùng protease để xử lý sơ thức ăn Tron n hiên cứu khoa học Được sử dụng để nghiên cứu cấu trúc protein Tron côn n hiệp dƣợc phẩm y học Sản xuất chất hoạt hóa kiềm hãm protease để điều trị bệnh đặc trưng Protease sử dụng để tăng khả tiêu hóa protein người bị tiêu hóa dày, tụy tạng hoạt động khơng bình thường thiếu enzym Protease sử dụng để phân hủy cục máu đông thể để chữa bệnh nghẽn Trang Kỹ thuật trình sinh học GVHD: Th.s Nguyễn Thị Quỳnh Mai tỉnh mạch Protease sử dụng để làm tiêu mủ vết thương, ổ viêm, làm thông đường hô hấp Trong xử lý rác Hiện đất nước ngày phát triển, dân số tăng nhanh, khối lượng chất thải đặc biệt rác hữu công nghiệp, nông nghiệp sinh hoạt tăng nhanh Hiện nay, người ta xử lý rác cách đốt nhà máy thu nhiệt cho nhà mát phát điện nhà mày công nghiệp Khi đốt chất thải chất tổng hợp, cao su gây nhiều khí độc SO2, SO3, P2O5, NO, NO2, CO gây hại cho sức khỏe Nhờ tiến công nghệ sinh học, người ta đề đường xử lý rác đường sinh học Tức phân hủy rác hữu tác dụng vi sinh vật Nguồn vi sinh vật có hoạt tính protease hữu phong phú tự nhiên Người ta sử dụng vi sinh vật để phân hủy nguồn protein động vật thực vật có rác hữu Để giải vấn đề bảo vệ môi trường sống, đồng thời tận dụng phế liệu sản xuất vật liệu quan trọng cho ngành Một biện pháp tốt tái xuất phế thải làm phân bón hữu cơ, giá thể trồng nấm, nuôi giun Do phải tạo điều kiện cần thiết nhằm thúc đẩy mạnh khống chế hoạt động vi sinh vật làm cho rác hoại kĩ hơn, đỡ chất dinh dưỡng Trong kỹ nghệ phim ảnh Protease từ vi khuẩn sử dụng để tái sinh nguyên liệu cảm quan khác phim điện ảnh, phim rơnghen, phim chụp Nó phân giải hịa tan lớp nhủ tương gelatin phim giấy ảnh, làm sử dụng trở lại loại phim giấy ảnh q II Lựa chọn n hệ Để đáp ứng nhu cầu ngành công nghiệp, chi phí sản xuất thấp ưu tiên hàng đầu để sản xuất enzyme protease kiềm Theo truyền thống lên men chìm sử dụng nhiều dễ xử lý, kiểm sốt tốt yêu tố môi trường nhiệt độ, pH Môi trường tổng hợp sử dụng để lên men sản xuất protease kiềm thông qua SMF Thành phần môi trường tổng hợp bao gồm canh trường dinh dưỡng tinh bột hòa tan, thành phần đắt tiền Trang Kỹ thuật trình sinh học GVHD: Th.s Nguyễn Thị Quỳnh Mai thay phụ phẩm nông nghiệp giá rẻ để giảm chi phí cho mơi trường ni cấy áp dụng vào sản xuất qui mô lớn Trong SMF, chọn phương thức nuôi cấy gián đoạn để ni thu enzyme theo mẻ Bacillus licheniformis sinh trưởng tốt canh trường dinh dưỡng mà không bị ức chế nồng độ cao thành phần dinh dưỡng, bên cạnh việc sử dụng gián đoạn bổ sung chất dễ bị nhiễm khuẩn, tốn lượng cịn tốn nhiều chi phí cho nhân cơng vận hành, quản lý III Tính tốn thiết bị Năng suất nhà máy sản xuất protease kiềm 200 tấn/năm Tlàm việc= 330 (n ày) Thời gian mẻ là: ngày (72 giờ) Thời gian nghỉ mẻ 0.5 ngày Vậy tổng thời gian cho mẻ tmẻ= 3.5 n ày Vậy số mẻ năm là: = 95 mẻ Năng suất nhà máy: (tấn/mẻ) = 2110 (kg/mẻ) Hoạt lực enzyme chế phẩm enzyme thương mại với độ tinh dùng lĩnh vực kỹ thuật 35- 40% : 102 UI/mg = 102 000 UI/g chế phẩm (Theo Biochemical Engineering Journal 34, 2007) (Một đơn vị hoạt lực enzyme protease kiềm (UI) xác định lượng enzyme cần để giải phóng mol đường khử đường maltose phút điều kiện phản ứng pH= 60oC.) Tổng đơn vị hoạt lực thu sau mẻ nuôi cấy là: 102 000 110 000 = 21.52 1010 (UI) Để đạt suất enzyme 200 tấn/năm tổng hoạt lực enzyme thu 21.52 1010 UI Với tổng hoạt lực enzyme thu 21.52 1010 UI ta cần lên men với thể tích là: (21.52 1010) 102 000 = 109 804(L) Trang 110 (m3) Kỹ thuật trình sinh học GVHD: Th.s Nguyễn Thị Quỳnh Mai Lượng giống cho vào bể ni cấy 10% thể tích dịch canh trường (Theo báo "Alkaline protease production by submerged fermentation in stirred tank reactor using Bacillus licheniformis NCIM-2042: Effect of aeration and agitation regimes", 2007): 110 x 10% = 211 (m3) Bể lên men tích lên men 2110 m3 nên: Thể tích lên men ban đầu: VO = 20%.V= 422 (m3) Tính tốn thiết bị lên men Bể lên men tích lên men 2110 m3 Chọn thiết bị lên men có hình trụ nón có cánh khuấy, làm thép không gỉ Cho hệ số chứa đầy bể lên men 0.8 ta có: Bể lên men có tổng thể tích là: = 638 (m3) Ta xây dựng thiết bị lên men với thể tích 2638 m3 Theo Nguyễn Hồng Lộc, 2006 u cầu bể lên men: Tỉ lệ chiều cao so với đường kính 2:1 3:1, thường khuấy hay turbin khuấy (cánh khuấy) Trục cánh khuấy gắn nắp từ đáy thùng giá đỡ Tỉ lệ đường kính cánh khuấy (Dck) đường kính thùng (DT) thường từ 0,3-0,4 Trong trường hợp hệ lên men có hai cánh khuấy, khoảng cách cánh khuấy thứ với đáy bể khoảng cách hai cánh khuấy 1,5 đường kính cánh khuấy Khoảng cách giảm xuống cịn 1,0 so với đường kính cánh khuấy trường hợp hệ lên men có ba cánh khuấy  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 Trang Kỹ thuật trình sinh học  GVHD: Th.s Nguyễn Thị Quỳnh Mai Ở trường hợp hệ lên men hiếu khí (aerobic fermenter), phun lỗ đơn (single orifice sparger) phun vịng 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 Hình 5.1 Sơ đồ cấu tạo bể lên men theo mẻ Bể lên men Chọn tỉ lệ chiều cao (HT) : đường kính (DT) 2:1 (HT=2DT) Bể có dạng hình trụ trịn nên ta có: V = HT = 2638 (m3) mà HT = 2DT nên V = 2DT = = 2638 Suy ra: DT3 = 5276 => DT = 11.89 (m) Từ ta có: HT = 2DT = 23.78 (m) Vậy đường kính bể lên men cần xây dựng 11.89m chiều cao 23.78 m Thiết kế cánh khuấy Ta chọn tỉ lệ đường kính cánh khuấy đường kính bể là: 0.3 hay Dck = 0.3 DT  Đường kính cánh khuấy: Dck = 0.3 x 11.89 = 3.567 (m) Trang Kỹ thuật trình sinh học GVHD: Th.s Nguyễn Thị Quỳnh Mai Chiều rộng vách ngăn 1/10 đường kính bể nên:  Chiều rộng vách ngăn: Avn = 1/10 x 11.89= 1.189 (m) Chiều cao lưỡi cánh khuấy 0.2 so với đường kính cánh khuấy nên:  Chiều cao lưỡi cánh khuấy: Hck = 0.2 x 3.567= 0.713(m) Chiều rộng cánh khuấy bang 0.25 so với đường kính cánh khuấy nên:  Chiều rộng cánh khuấy: Ack = 0.25 x 3.567 = 0.892 (m) Với chiều cao bể 23.78 m ta thiết kế bể có cánh khuấy, khoảng cách cánh thứ với đáy bể cánh 1.5 lần đường kính cánh khuấy, nên:  Khoảng cách cánh khuấy cần tính là: 1.5 x 3.567 = 5.351 (m) Kiểm soát nồn độ oxy Cơng thức tính tốc độ truyền khối oxy pha lỏng: OTR = kL.a (C*OL – COL) Trong đó: 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 Xác định C*OL Theo định luật Henry C*OL phụ thuộc vào áp suất riêng phần oxy khí sử dùng độ hòa tan oxy Hay: C*OL = po.Ho Trong đó: po: áp suất riêng phần oxy khí dùng để sục Ho: độ hịa tan oxy phần lỏng dịch lên men Áp suất riêng phần oxy phụ thuộc vào loại khí sử dụng khí quyển, khí oxy ngun chất,…để po cao ta tăng hàm lượng oxy dịng khí vào Độ hòa tan oxy phụ thuộc vào nhiều yếu tố như:  Nhiệt độ môi trường nuôi cấy, nhiệt độ cao oxy hịa tan  Đặc tính hóa lý mơi trường: thành phần môi trường, áp suất, hàm lượng sinh khối vi sinh vật, độ nhớt môi trường Các yếu tố tăng Ho giảm  Diện tích bề mặt thống tăng oxy hịa tan tốt Trang 10 Kỹ thuật trình sinh học GVHD: Th.s Nguyễn Thị Quỳnh Mai Ngoài Ho giảm mơi trường có chất hoạt động bề mặt, chất phá bọt… Xác định po Ta sử dụng khí trời để sục nên áp suất khí 1atm Tỉ lệ oxy khí 21% Nên áp suất riêng phần oxy khí là: po = 0.21 atm Xác định Ho Quá trình lên men trì 30oC áp suất atm hàm lượng oxy hịa tan: Ho = 26.1 (ml/L) (Bảng Độ hòa tan oxy nước theo nhiệt độ vá áp suất - Sổ tay QT&TB 1) Cùng 1mol oxy ta có V = 22.4(L) m = 32 (g) Từ ta có hệ số chuyển đổi từ ml sang mg là: ml = = 1.4 mg Ho = 26.1 x 1.4 = 36.54 (mg/L) Xác định C*OL Nồng độ oxy bão hòa: C*OL = po.Ho = 0.21 x 36.54= 7.67 (mg/L) Xác định kL.a Quan hệ kL.a số thông số theo công thức thực nghiệm: KL.a = 2.10-3.( ) uG0.2 Trong đó: P: cơng suất cánh khuấy (W) P NP (Tốc độ cánh khuấy) uG: vận tốc bọt khí (m/s) V: thể tích lên men (L) Cơng suất cánh khuấy trung bình tương đương kW cho 1m3 mơi trường (Lê Văn Hồng, 2007) Chọn cơng suất cánh khuấy trung bình 2.5 kW Thể tích lên men: 2110 m3 nên chọn côn suất cánh khuấy 2.5 x 2110 = 275 kW Để đạt công suất tốc độ cánh khuấy (NP) tính là: NP = với Q= => NP = Trang 11 Kỹ thuật trình sinh học GVHD: Th.s Nguyễn Thị Quỳnh Mai Trong đó: Q: lưu lượng thể tích chất lỏng tạo cánh khuấy hoạt động (m3/s) NP: tốc độ cánh khuấy (rps) Dck: đường kính cánh khuấy (m) V: thể tích làm việc bể phản ứng (m3) tm: thời gian để phân tử môi trường khuấy trộn (s) Chọn tm = 14.3 (s) NP = = = 3.25(rps) = 195 (rpm) (Phù hợp với khoảng tốc độ cánh khuấy 120-200 rpm lên men vi sinh vật quy mô công nghiệp, Theo PGS.TSKH Lê Văn Hồng, 2007) Chọn vận tốc bọt khí: uG = 0.06 (m/s) Từ ta có hệ số truyền khối KL.a: kL.a = 2.10-3.( ) Chọn COL= 0.6 uG0.2 = 2.10-3.( ) 0.060.2 = 0.27 (s-1) C*OL => COL = 0.6 x 7.67 = 4.6 (mg/L) Tốc độ truyền khối oxy: OTR = kL.a (C*OL – COL) = 0.27 (7.67 – 4.6) = 0.8289 (mg.L-1.s-1) = 2.984 (g.L-1.h-1) Chọn COL= 0.6 C*OL => COL = 0.6 x 7.67 = 4.6 (mg/L) Nồng độ sinh khối canh trường nuôi Bacillus licheniformis X = 32 g/l (Theo báo "Alkaline protease production by submerged fermentation in stirred tank reactor using Bacillus licheniformis NCIM-2042: Effect of aeration and agitation regimes", 2007) Cơng thức tính tốc độ sử dụng oxy: OUR = qO2 X Trong đó: qO2 : tốc độ sử dụng oxy riêng (mmol oxy/g sinh khối.h) X: nồng độ sinh khối canh trường (g/L canh trường) Theo quy luật: OTR OUR hay kL.a (C*OL – COL) Trang 12 qO2 X Kỹ thuật trình sinh học GVHD: Th.s Nguyễn Thị Quỳnh Mai Xác định tốc độ sử dụn oxy riên qO2 = Trong đó: μ: tốc độ tăng trưởng riêng (h-1) yo: suất sinh khối tạo mol oxy (g sinh khối/ mol oxy) Với μ = 0.12 h-1 (Hanjing Huang, 2004) Bacillus licheniformis nuôi cấy thu nhận enzyme protease Theo Lê Văn Hồng, 2007 ta có yo= 0.260 mol oxy / g sinh khối yo = = 266,67 (g sinh khối/ mol oxy) Tốc độ sử dụng oxy riên : qO2 = = 4,5 10-4 (mol oxy h-1.g-1) = 0.45 (mmol/h.g) Xác định OUR Ta có: X = 32 (g/L) Nên: OUR = qO2 X = 4,5 10-4 Ta thấy: OTR = 2.984 32 = 0.0144(mol oxy/ h.L) = 0.461 (g.h-1.L-1) OUR = 0.461 hệ thống cấp khí phù hợp cho hoạt động lên men IV KẾT LUẬN Để đạt suất nhà máy sản xuất protease kiềm 200 tấn/năm chọn phương thức nuôi cấy gián đoạn để nuôi thu enzyme theo mẻ Bacillus licheniformis sinh trưởng tốt canh trường dinh dưỡng mà không bị ức chế nồng độ cao thành phần dinh dưỡng, bên cạnh việc sử dụng gián đoạn bổ sung chất dễ bị nhiễm khuẩn, tốn lượng cịn tốn nhiều chi phí cho nhân cơng vận hành, quản lý Từ q trình tính tốn ta có thơng số bể phản ứng: - Vậy số mẻ năm là: 95 mẻ - Với tổng hoạt lực enzyme thu 21.52 tích là: 110 (m3) - Lượng giống cho vào bể nuôi cấy 211 m3 Trang 13 1010 UI ta cần lên men với thể Kỹ thuật trình sinh học GVHD: Th.s Nguyễn Thị Quỳnh Mai - Thể tích bể lên men ban đầu: VO = 20%V= 422 (m3) - Đường kính bể lên men cần xây dựng 11.89m chiều cao 23.78 m - Đường kính cánh khuấy: 3.567 (m) - Chiều rộng vách ngăn: 1.189 (m) - Chiều cao lưỡi cánh khuấy: 0.713(m) - Chiều rộng cánh khuấy: 0.892 (m) - Khoảng cách cánh khuấy cần tính là: 5.351(m) - Nồng độ oxy bão hịa: C*OL = 7.67 (mg/L) - Thể tích lên men: 2110 m3 nên chọn công suất cánh khuấy 275 kW - Tốc độ truyền khối oxy: OTR = 0.8289 (mg.L-1.s-1) = 2.984 (g.L-1.h-1) - Nồng độ sinh khối canh trường nuôi Bacillus licheniformis X = 32 g/l - Tốc độ sử dụng oxy riêng: qO2 =4,5 10-4 (mol oxy h-1.g-1) = 0.45 (mmol/h.g) - tốc độ sử dụng oxy: OUR = 4,5 10-4 32 = 0.0144(mol oxy/ h.L) = 0.461 (g.h-1.L-1) Trang 14 Kỹ thuật trình sinh học GVHD: Th.s Nguyễn Thị Quỳnh Mai TÀI LIỆU THAM KHẢO Tài liệu Tiếng Việt: [1] GS.TSKH Nguyễn Bin “Các trình thiết bị cơng nghệ hóa chất thực phẩm” NXB Khoa học Kỹ thuật Hà Nội, 2004 [2] PGS.TSKH Lê Văn Hồng “Các q trình thiết bị cơng nghệ sinh học công nghiệp” NXB Khoa học Kỹ thuật 2007 [3] Nguyễn Hồng Lộc “Giáo trình cơng nghệ tế bào” NXB Đại học Huế 2006 [4] Nguyễn Châu Sang Nguyễn Thị Hà “Tinh khảo sát số đặc điểm protease chịu kiềm từ Bacillus sp SV1” Tạp chí Khoa học Trường Đại học Cần Thơ Phần B: Nông nghiệp, Thủy sản Công nghệ Sinh học: 35 (2014): 48-55 Tài liệu Tiếng Anh: [5] Alina Sánchez Blanco, Osmar Palacios Durive “Simultaneous production of amylases and proteases by Bacillus subtilisin brewery wastes” Braz J Microbiol 2016 Jul-Sep; 47(3): 665–674 [6] Hitesh Jagani “An Overview of Fermenter and the Design Considerations to Enhance Its Productivity” Pharmacologyonline 1: 261-301 (2010) [7] Grant W D, M watha W E & Jones B E, Alkalophiles: ecology, diversity and application, FEMS Microbiol rev, 75 (1990) [8] Ravichandra Potumarthi, Subhakar Ch., Annapurna Jetty, Alkaline protease production by submerged fermentation in stirred tank reactor using Bacillus licheniformis NCIM-2042: Effect of aeration and agitation regimes, Biochemical Engineering Journal 34 (2007) Trang 15 Kỹ thuật trình sinh học GVHD: Th.s Nguyễn Thị Quỳnh Mai [9] Pmar Cahk**, Güzide £alik+ and Timber Özdamar, Bioprocess development for serine alkaline proteaseproduction:a review, Department of Chemical Engineering, Middle East Technical University, 06531 Ankara, Turkey [10] Nielsen, J, and Villadsen, J Bioreaction Engineering Principles, Plenum Press, New York 1994, pp 55-83 [11] Jacobs, M Expression of the subtilisin Carlsberg-encoding gene in Bacillus licheniformis and Bacillus subtilis,Gene 1995,152: 69-74 Trang 16 ... hợp cho hoạt động lên men IV KẾT LUẬN Để đạt suất nhà máy sản xuất protease kiềm 200 tấn/ năm chọn phương thức nuôi cấy gián đoạn để nuôi thu enzyme theo mẻ Bacillus licheniformis sinh trưởng tốt... lượng cịn tốn nhiều chi phí cho nhân cơng vận hành, quản lý III Tính tốn thiết bị Năng suất nhà máy sản xuất protease kiềm 200 tấn/ năm Tlàm việc= 330 (n ày) Thời gian mẻ là: ngày (72 giờ) Thời... LỰA CHỌN CÔNG NGHỆ III TÍNH TỐN THIẾT BỊ Tính tốn thiết bị lên men Bể lên men Thiết kế cánh khuấy Kiểm soát nồn độ oxy 10 IV KẾT LUẬN