MEMBRANE BIOREACTORS

GVHD: PGS.TS Lê Văn Việt Mẫn SVTH: Nguyễn Vương Anh MSSV: 60400059 Phần TỔNG QUAN MEMBRANE BIOREACTORS CON ĐƯỜNG HÌNH THÀNH - Batch fermentors Continuous stirred tank reactors (CSTRs) Membrane bioreactors (MBRs) KHÁI NIỆM CHUNG - Định nghĩa Ưu – Nhược Phạm vi ứng dụng Phân loại MBRs External membrane bioreactor Mô hình hồi lưu đơn giản External membrane bioreactor Mô hình hồi lưu mắc nối tiếp External membrane bioreactor Mô hình hồi lưu nhiều bậc chỉ có module membrane ở bậc cuối Internal membrane bioreactor Có sự vận chuyển môi trường qua membrane Môi trường không khuếch tán qua membrane Hệ thống MBRs có sự trao đổi chất lẫn giữa bình lên men Phần 2: ỨNG DỤNG MBRs TRONG SẢN XUẤT ACID LACTIC Bản chất membrane Đường kính mao dẫn Theo H Chèze-Lange et al 2002:  - Membrane 0.2 μm Membrane 0.8 μm 50h nuôi cấy Azotobacter vinelandii thu nhận sản phẩm alginate membrane ceramic: Kích thước lỗ membrane (μm) Nồng độ tế bào dòng lọc (tế bào/dm3) 0.2 0.45 0.8 1.4 7x105 10x105 15x105 86x105 Nồng độ tế bào Áp lực qua màng  TMP = ΔP = (PF – PP) – (πF – πP) Lưu lượng dòng permeate TMP kg/cm2 0.3 0.6 0.9 1.2 M3 M5 M8 M9 15kDa 10kDa 50kDa 300kDa 70 135 181 100 66 106 111 106 90 170 218 181 Sx liên tục enzyme chitinase bởi Paenibacillus sp., membrane MF 105 206 305 195 (mL/h) Sx acid lactic bởi Lactobacillus paracasei MCRB, MF Vấn đề làm sạch membrane      Nấm men bánh mì Nồng độ tế bào là 200g chất khô/dm3 MRB MF thủy tinh đan kết Kích thước lơ 1016μm Cấu hình thiết bị MBRs Nuôi cấy E coli ỨNG DỤNG MBRs sản xuất xylitol Mô hình MBR cho sản xuất xylitol từ nấm men Candida guilliermondii • Mơi trường: xylose, K3PO4, urea, YE, dung dịch muối khoáng và acid citric, có qua lọc bằng membrane sợi rơng 0.2μm • Điều kiện: 300C, pH=6 • Sự hời lưu tế bào thực hiện bởi UF dạng 20kDa, vật liệu ưa nước Các thông số Tổng thời gian lên men (h) Hiệu suất sản phẩmYP/S Hiệu suất sinh khốiYX/S Hiệu suất riêng sản phẩm YP/X Năng suất theo thể tích QPC Năng suất riêng qPC Xylose ở dòng permeate (g/L) Xylitol ở dòng permeate (g/L) D=0.05h-1 D=0.07h-1 D=0.03h-1 D=0.02h-1 85 0.72 0.03 24 1.4 0.06 11.6 26.8 55 0.59 0.05 11.8 1.12 0.06 23.3 16.4 102 0.79 0.036 21.9 1.14 0.05 2.5 38 62 0.44 0.084 5.24 0.44 0.02 0.1 22.1 ỨNG DỤNG MBRs sản xuất xylitol Mô hình SMBR chủn hóa xylitol bởi Candida tropicalis • Mơi trường lên men: xylose, glucose, YE, urea, KH2PO4, MgSO4.7H2O • Điều kiện: pH6.5, 300C, 400rpm pha sinh trưởng và 350 rpm pha sản phẩm, 1vvm Các thông số Nồng độ tế bào ban đầu (g/L) Nồng độ tế bào kết thúc (g/L) Tổng xylose bổ sung (g) Tổng xylitol sinh (g) Tốc độ sinh tổng hợp sản phẩm (g/Lh) Năng suất Thời gian (h) Thời gian chu kỳ (h) Lên men tĩnh 0.5 16.3 400 332 3.53 0.83 47 47 Lên men có hồi lưu tế bào Run Run 15.8 50.5 4298 3612 9.26 0.84 195 19.5 31.8 76 4280 3648 12 0.85 152 15.2 ỨNG DỤNG MBRs sản xuất xylitol Sử dụng phương pháp tái tổ hợp gen sản xuất xylitol bằng mơ hình MRB bởi nấm men Saccharomyces cerevisiae BJ3505/δXR • Việc tái tổ hợp gen nhờ plasmid δXR có chứa gen XR của P.stipitis CBS5766 sự điều khiển của enzyme glyceraldehyde-3phosphate dehydrogenase (GPD) • Mơi trường: xylose, YPD (YE, bactopeptone, glucose) • Điều kiện: 300C, pH5, 1vvm, 400rpm Phương pháp Tĩnh Fed batch lặp lại Hồi lưu tế bào Hồi lưu tế bào có YE Tế bào (g/L) Xylitol (g/L) Tốc độ sinh tổng hợp xylitol (g/Lh) Ethanol cuối (g/L) XR (mU/mL) 9.52 13.3 15.2 22 20.1 50.5 67.1 116 0.62 0.9 1.23 2.34 4.8 12.5 47±6 37±15 57±6 90±10 MBR-ED Tốc độ pha loãng Lactate (h-1) (g/L) 0.02 0.03 0.04  Nhận xét 55 47 35 Hiệu suất (%) Tốc độ sinh tổng hợp sản phẩm (g/L.h) Glucose sót (g/L) 80 60 75 0.8 1.26 1.38 13 78 54 ...Phần TỔNG QUAN MEMBRANE BIOREACTORS CON ĐƯỜNG HÌNH THÀNH - Batch fermentors Continuous stirred tank reactors (CSTRs) Membrane bioreactors (MBRs) KHÁI NIỆM CHUNG -... External membrane bioreactor Mô hình hồi lưu đơn giản External membrane bioreactor Mô hình hồi lưu mắc nối tiếp External membrane bioreactor Mô hình hồi lưu nhiều bậc chỉ có module membrane. .. chỉ có module membrane ở bậc cuối Internal membrane bioreactor Có sự vận chuyển môi trường qua membrane Môi trường không khuếch tán qua membrane Hệ thống MBRs có sự trao đổi chất