c) Trao đổi ion
2.4. Một số hiện tƣợng bất thƣờng trong lên men axit glutamic và biện pháp xử lý
pháp xử lý
2.4.1. Thời kỳ tiềm phát kéo dài có hai nguyên nhân chính 2.4.1.1. Giống quá già
Do thời gian nuôi giống cấp hai quá dài, giống đã chuyển sang giai đoạn cân bằng mà không còn ở giai đoạn bình thƣờng cũng làm giống phát triển chậm trong môi trƣờng lên men, cũng có thể do giống đã bị bảo áp lâu trong nhiệt độ thƣờng dƣới áp suất cao. Thƣờng xảy ra do bố trí sản xuất chƣa chặt chẽ, nuôi giống đã đủ thời gian mà môi trƣờng lên men chƣa chuẩn bị xong, nên bắt buộc phải bảo áp giống ở áp suất 2kg/cm2 và nhiệt độ thƣờng. Thời gian bảo áp ngắn trong vòng 3 ÷ 4 giờ, thì ảnh hƣởng đến thời kì tiềm phát không nhiều.Thời gian bảo áp càng dài thì thời gian để giống làm quen với môi trƣờng lên men càng dài.Giống bị bảo áp lâu không chỉ chậm thích nghi với môi trƣờng mới mà còn uể oải trong hoạt động sống.
Muốn khắc phục tình trạng trên điều quan trọng là phải tổ chức sản xuất chặt chẽ, hợp lý hoá các khâu để không bao giờ bị bảo áp giống quá lâu.
2.4.1.2. Thanh trùng môi trường không tốt
Thanh trùng môi trƣờng lên men nhằm diệt hết các loại vi sinh vật nhiễm tạp, tạo điều kiện thuận lợi cho giống sinh trƣởng và tích luỹ nhiều L-glutamic acid. Việc thanh trùng môi trƣờng cần đƣợc làm thận trọng, đúng nhiêt độ và thời gian quy định. Thanh trùng ở nhiệt độ cao quá, thời gian kéo dài quá mức quy định sẽ làm cho đƣờng bị caramen hoá, melanoit hoá, một số axitamin bị phân huỷ, một số chất sinh trƣởng bị
18 mất mát…dẫn đến giảm chất lƣợng môi trƣờng kéo dài thời kỳ tiềm phát của giống, giảm hiệu suất chuyển hoá đƣờng ra L-glutamic acid ở giai đoạn sau.
Muốn khắc phục tình trạng này, trƣớc khi thanh trùng môi trƣờng lên men, ngƣời thao tác cần phải kiểm tra kỹ khả năng làm việc của van hơi (vào ruột và vào vỏ nồi lên men). Nếu các van này không tốt sẽ làm cho áp lực và nhiệt độ thanh trùng tăng lên rất nhanh quá mức quy định, làm cháy môi trƣờng. Sau khi thanh trùng đúng nhiệt độ và thời gian quy định, cần phải làm nguội môi trƣờng càng nhanh càng tốt.Làm nguội môi trƣờng quá chậm cũng sẽ dẫn tới giảm chất lƣợng môi trƣờng.
2.4.2. Quá trình lên men chậm chạp do môi trường chứa nhiều sắt
Với nồng độ nhất định trong môi trƣờng lên men, ion sắt có tác dụng kích thích vi khuẩn tạo L-glutamic acid phát triển. Song khi có mặt ion quá nồng độ quy định thì ảnh hƣởng của Fe2+ đến việc tích luỹ axit glutamic rất đáng kể, mặc dù Fe2+
không kìm hãm sự phát triển của vi khuẩn.
Nguyên nhân chính của việc tăng nồng độ sắt trong môi trƣờng lên men là do đƣờng thuỷ phân đƣa vào. Đƣờng đƣợc sản xuất bằng các dung dịch axit vô cơ (HCl, H2SO4) để thuỷ giải tinh bột trong các thiết bị tráng men hay dán lót cao su và đƣợc bọc bằng máy ép lọc khung bản. Khi nồng độ sắt trong dịch đƣờng tăng thì chỉ có thể là các thiết bị lên men đã bị axit ăn mòn do lớp men hay lớp cao su đã bong, tróc, máy ép lọc đã han gỉ.
Muốn khắc phục tình trạng nhiều sắt trong dịch đƣờng cần phải kiểm tra sắt trong dịch đƣờng trƣớc khi phá môi trƣờng bằng dung dịch natrisunfua.
2.4.3. Sử dụng ure không đúng mức
Ure là nguồn rất tốt để cung cấp nitơ cho vi khuẩn tổng hợp protein tế bào, tích lũy L-glutamic acid, giữ pH môi trƣờng ở trung tính hay kiềm yếu. Khi thiếu ure, các cơ chế sinh tổng hợp L-glutamic acid bị đảo lộn dẫn tới việc tạo ra axit hữu cơ khác thay cho axit glutamic.Khi dƣ ure cũng làm giảm hiệu suất tạo L-glutamic acid.
2.4.3.1. Dư ure ban đầu
Nói chung lƣợng ure ban đầu cao hơn 1.8% thì dịch men có pH>8, đƣờng hao chậm.
Khắc phục: giảm lực thông gió ban đầu để hạn chế phân huỷ ure ban đầu, giữ pH<8, thƣờng giảm lƣợng gió bằng 1/2 lƣợng gió bình thƣờn
2.4.3.2. Thiếu ure ban đầu
Biểu hiện của thiếu ure ban đầu là pH dịch lên men không tăng hoặc tăng chậm rồi giảm rất nhanh, OD tăng chậm, thời kỳ tiềm phát kéo dài.
Biện pháp: theo dõi sát sao diễn biến lên men các giờ đầu, bổ sung sớm ure lần một. Tốt nhất là ngay từ trƣớc khi cho ure ban đầu vào môi trƣờng, cần phân tích chính xác nồng độ dịch ure đã pha và kiểm tra kỹ các van của nồi ure để tránh rò chảy ure.
2.4.4. Môi trường thiếu biotin
Các chủng vi khẩn sinh tổng hợp L-axit glutamic rất cần biotin để sinh trƣởng và tích luỹ L-glutamic acid. Ta thƣờng dung rỉ đƣờng mía làm nguồn cung cấp biotin với tỷ lệ 0,25 ÷ 0,5% (tuỳ độ loãng của rỉ đƣờng) so với khối lƣợng môi trƣờng lên men, giống vẫn phát triển nhƣng rất chậm, chỉ đạt trị số cực đại OD <0,55 trong khoảng 20 giờ. Sở dĩ giống còn phát triển đƣợc là trong tế bào đã có sẵn biotin, khi sang môi trƣờng lên men, giống tiếp tục phát triển theo sự kích thích của biotin nội bào
19 và của vitamin B1 đã đƣa vào môi trƣờng lên men. Biểu hiện khác nhau của sự thiếu biotin là pH dịch men cứ tiếp tục tăng mãi theo các giờ lên men, đƣờng hao rất chậm.
Khắc phục tình trạng này, phải kiểm tra chặt chẽ khi pha vào môi trƣờng, có sổ ghi rõ và đánh dấu từng loại hoá chất đã pha để tránh quên rỉ đƣờng.
Nếu sớm phát hiện quên rỉ đƣờng, có thể khắc phục bằng cách pha loãng rỉ đƣờng với nƣớc, thanh trùng và tiếp vào môi trƣờng lên men càng sớm càng tốt.
2.4.5. pH ban đầu thấp
Theo quy định thì nên pha môi trƣờng có pH= 6,5 ÷ 6,7 (để sau khi thanh trùng, pH có giảm xuống chút ít và sau khi tiếp ure, pH sẽ tăng dần tới trị số tối ƣu 7,3 ÷ 7,5). Trong thực tế sản xuất hiện nay ta phải dùng các loại giấy thử pH có sai số khá lớn với máy đo pH, dẫn tới tình trạng là sau khi đo và cùng giấy pH, ta yên trí là đã đạt yêu cầu mà thực tế lại quá thấp (<6). Mặt khác ta thƣờng dùng lƣợng dịch đƣờng khá lớn để pha dịch men, dịch đƣờng sau khi lọc có pH = 4,5 ÷ 5 nhƣng lại quên điều chỉnh pH môi trƣờng sau khi pha làm pH rất thấp (<6).
Biện pháp: phải dùng loại giấy thử pH đã đƣợc hiệu chỉnh trị số máy đo pH, sau đó phải kiểm tra chặt chẽ việc điều chỉnh pH môi trƣờng trƣớc khi bơm vào nồi lên men. Nếu sau khi thanh trùng, môi trƣờng lên men vẫn có pH<6 thì phải lập tức pha loãng natrihydroxit, thanh trùng và bơm vào nồi lên men để điều chỉnh pH.
2.4.6. Thiếu oxi hoà tan
Vi khuẩn sinh L-glutamic acid là loại rất cần oxi hoà tan trong môi trƣờng để sinh trƣởng và tích luỹ L-glutamic acid. Yếu tố làm giảm oxi hoà tan vào môi trƣờng là tốc độ cánh khuấy. Nếu môi trƣờng thiếu oxi hoà tan: tốc độ phát triển sinh khối của giống vẫn tăng bình thƣờng, tốc độ hao đƣờng vẫn tăng bình thƣờng ở các giờ đầu, gần về cuối có giảm chút ít. Thiếu oxi hoà tan biến đổi pH dịch men cũng vẫn diễn ra bình thƣờng nên thời điểm bổ sung ure lần một và lần hai vẫn tƣơng tự nhƣ khi khuấy trộn bình thƣờng, nhƣng có nét đặt biệt là, sau khi bổ sung ure lẫn hai ở các đợt bình thƣờng thì pH tăng lên >7,5 và giảm xuống từ từ nhƣng không bao giờ xuống thấp dƣới 6,4. Ngƣợc lại, thiếu oxi hoà tan thì sau khi bổ sung lần hai pH chỉ tăng ít mà lại giảm mạnh xuống dƣới 6 ở giờ kết thúc.
Những hiện tƣợng bất thƣờng do thiếu oxi hoà tan chỉ thể hiện rõ rệt ở các giờ gần về cuối quá trình lên men. Muốn khắc phục tình trạng thiếu oxi hoà tan thì chủ động nhất và có hiệu quả nhất là phải thƣờng xuyên theodõi tốc độ cánh khuấy và có biện pháp khôi phục tốc độ khuấy trở lại bình thƣờng.
2.4.7. Nhiều dầu phá bọt
Dùng lƣợng dầu quá lớn và thời điểm cho dầu không đúng lúc ảnh hƣởng trực tiếp đến sự phát triển của vi khuẩn và sinh tổng hợp L-glutamic acid.
2.4.8. Giống chết hoặc kém phát triển
Do sơ ý để giống cấp hai bị tác dụng của nhiệt làm cho giống bị chết hoặc yếu, nhƣng sau khi đã tiếp vào môi trƣờng lên men mới phát hiện ra.
Biện pháp: tốt nhất là nếu có sẵn nồi giống cấp hai thì tiếp ngay vào nồi lên men rồi cho chạy nhƣ thƣờng.
20
2.4.9. Một số tạp khuẩn 2.4.9.1. Vi khuẩn sinh bào tử 2.4.9.1. Vi khuẩn sinh bào tử
Baccillus subtilis, Baccillus mycoidis, clostridium butirium và clostridium putrium là những loại vi khuẩn sinh bào tử rất nguy hiểm cho quá trình lên men L- glutamic acid.
2.4.9.2. Thực khuẩn thể (Bacterophage hay phage)
Thực khuẩn thể là siêu vi trùng ki sinh trong tế bào vi khuẩn. Có hai loại thực khuẩn thể: ôn hoà và ác tính
Một số đặc điểm của thực khuẩn thể
Gây nhiễm ngay sau khi tiếp giống thì vi khuẩn không phát triển đƣợc, ở đây OD không tăng tế bào vi khuẩn nhỏ vụn, xếp chuỗi.
Gây nhiễm sau khi tiếp giống 5 giờ, vi khuẩn vẫn tiếp tục phát triển bình thƣờng, giữ nguyên hình thái đặc trƣng, đƣờng hao, pH giảm tƣơng tự nhƣ mẫu đối chứng (không bị lây nhiễm). Vi khuẩn chứa thực khuẩn thể trong mình (vi khuẩn sinh tan) không thể sinh sản khi chuyển tiếp sang môi trƣờng mới.
Cấy các dịch giống bị gây nhiễm từ giờ thứ 5 sau khi tiếp giống lên các đĩa thạch, để 24 giờ trong tủ ấm, thấy mỗi loại thực khuẩn thể cho đặc điểm đặc trƣng: vi khuẩn không mọc hay mọc yếu khi gây ô nhiễm nhƣng trên đƣờng cấy có nhiều plâycơ. Số lƣợng plâycơ tăng tỷ lệ thuận với thời gian tiếp xúc giữa vi khuẩn và thực khuẩn thể.
2.5. Một số biện pháp phòng, chống nhiễm trùng
2.5.1. Biện pháp thiết bị
Quan tâm đầy đủ vấn đề phòng chống nhiễm trùng, ngay từ khi lựa chọn địa điểm xây dựng, thiết kế chế tạo, lắp ráp thiết bị có ý nghĩa rất quan trọng.
2.5.2. Phương pháp công nghệ
Quá trình lên men L-glutamic acid cần vô trùng tuyệt đối cho nên lên men gián đoạn là có lợi nhất. Nói chung nguyên liệu nhiều tạp trùng, cần thanh trùng nghiêm ngặt, nguyên liệu ít tạp trùng, thanh trùng ở điều kiện vừa phải. Dịch đƣờng thuỷgiải đã qua tác dụng nhiệt dƣới áp suất trong môi trƣờng axit, nên ít tạp trùng, thanh trùng ở điều kiện vừa phải, nhiệt độ thấp.Thời gian ngắn và pH trung tính.
Về mặt giống vi sinh vật, nên có hai, ba giống khác nhau để luân canh. Điều này có gây khó khăn cho sản xuất, đòi hỏi ngƣời sử dụng phải thuần thục, hiểu rõ từng đặc điểm và tính cách của mỗi loại giống có lợi và đề phòng đƣợc tính đột biến chuỗi của thực khuẩn thể nảy sinh khi chuyên dùng một giống trong suốt thời gian dài.
2.5.3. Sử dụng hoá chất
Hàng trăm các hoá đã đƣợc thử trong đó có chất hoạt động bề mặt, kháng sinh, axit hữu cơ, vô cơ…nhƣng chỉ có rất ít chất có thể ứng dụng đƣợc trong công nghiệp và cũng chỉ ứng dụng để phòng ngừa thực khuẩn thể chứ không có tác dụng phòng ngừa vi khuẩn. Vì yêu cầu đặt ra trong việc lựa chọn hoá chất rất cao: không ức chế vi khuẩn, không ảnh hƣởng tới quá trình tích luỹ L-glutamic acid, không gây khó khăn cho giai đoạn thu hồi và giá thành không cao.
Tóm lại, trong lên men L-glutamic acid thƣờng gặp các loại tạp chủng nhƣ vi khuẩn sinh bào tử và thực khuẩn thể, chúng gây tác hại to lớn cho sản xuất. Muốn phòng chống chúng cần chọn địa điểm xây dựng xí nghiệp thích hợp, thiết kế chế tạo
21 lắp ráp thiết bị đúng yêu cầu kỹ thuật, quan tâm đầy đủ đến hệ thống lọc khí, luân canh giống, lên men gián đoạn và đƣa hoá chất sát trùng với nồng độ thích hợp vào môi trƣờng. Các hoá chất đƣợc tuyển chọn hiện nay là: tetraxyclin, cloramphenicol, axit xitric, axit phytic, natri hay tetrapoliphotphat, tw60 (polyoxyetylen glycol monostearat), PEG-Mo(polyoxyetylen glycol monooleat) và POE-SE (polyoxyetylen stearyl eter).
2.6. Các yếu tố ảnh hƣởng tới tác dụng của hoá chất
Nồng độ
Theo các tài liệu cho biết thì điều kiện nhiệt độ, pH, thành phần dinh dƣỡng tối ƣu cho vi khuẩn sinh trƣởng cũng đồng thời là điều kiện tối ƣu cho sự phát triển của thực khuẩn thể của chúng. Bởi thế, trong khi sử dụng hóa chất phòng ngừa thực khuẩn thể ta không thể thay đổi các điều kiện đó mà chỉ thay đổi nồng độ đem dùng và thời điểm hóa chất sao cho chất đó phát huy hiệu lực cao nhất.
Thời điểm bổ sung hoá chất
Bổ sung hóa chất đúng lúc có ý nghĩa vô cùng quan trọng, quyết định tính hiệu lực của hóa chất đem dùng.
Ví dụ: cho thêm tetracylin vào hỗn hợp vi khuẩn thực khuẩn thể ngay từ đầu hay chậm lắm là 90 phút sau khi xảy ra sự hấp thụ thì tetracylin sẽ ức chế rất mạnh sự phát triển của thực khuẩn thể Brevibacterium lactofermen No 2256 do đó ức chế tổng hợp protein và AND ở vi khuẩn nhiễm. Thêm sau giờ đó thì chất này không có tác dụng.
22
CHƢƠNG 3. CÂN BẰNG VẬT CHẤT 3.1. Kế hoạch sản xuất của nhà máy
Một năm 365 ngày, nghỉ 10 ngày để bảo trì sữa chữa thiết bị. Nhà máy làm việc ngày 3 ca, 1 ca làm 8 giờ.
Số ngày hoạt động là 365 – 10 = 355 ngày Số ca hoạt động 355 x 3 = 1065 ca/năm
Nhà máy sản xuất acid glutamic với năng suất 12000 tấn sp/ năm nhƣ vậy: Năng suất mỗi ngày của nhà máy là: 12000 : 355 = 33,8 (tấn/ngày)
12000 : 1065 = 11,27 (tấn/ca). Giả thiết tổn hao từng công đoạn so với trƣớc đó
Bảng 3.1. Tỉ lệ hao hụt của các công đoạn
STT Công đoạn Tỉ lệ hao hụt
1 Pha loãng 0,5% 2 Lọc 1% 3 Dịch hóa 1,5% 4 Đƣờng hóa 1,5% 5 Pha chế 1% 6 Thanh trùng và làm nguội 1% 7 Lên men 2% 8 Tách sinh khối 3% 9 Cô đặc 2% 10 Tẩy màu 1% 11 Acid hóa 2% 12 Ly tâm 1,8% 13 Lọc rửa 1,5% 14 Sấy 1% 15 Làm nguội 1% 16 Phân loại 0,5% 17 Bao gói 0,5% 3.2. Cân bằng vật chất 3.2.1. Bao gói Tỉ lệ hao hụt: 0,5%
Lƣợng acid glutamic trƣớc công đoạn này là: 327 , 11 5 , 0 100 100 11,27 (tấn/ca).
3.2.2. Phân loại Tỉ lệ hao hụt: 0,5%
Lƣợng acid glutamic trƣớc khi phân loại: 384 , 11 5 , 0 100 100 327 , 11 (tấn/ca) 3.2.3. Làm nguội Tỉ lệ hao hụt: 1%
Lƣợng acid glutamic trƣớc khi làm nguội: 499 , 11 1 100 100 384 , 11 (tấn/ca) 3.2.4. Sấy Tỉ lệ hao hụt: 1%
23 Độ ẩm thành phẩm là 0,5%.
Khối lƣợng acid glutamic ẩm trƣớc khi sấy là: 914 , 11 3 100 5 , 0 100 1 100 100 499 , 11 (tấn/ca).
Khối lƣợng nƣớc bay hơi là: 11,914-11,499= 0,415 (tấn/ca).
3.2.5. Lọc rửa Tỉ lệ hao hụt: 1,5%
Giả sử: Độ ẩm trƣớc khi lọc là 7%. Độ ẩm sau khi lọc là 3%.
Hiệu suất của quá trình lọc là 80%. Khối lƣợng acid glutamic trƣớc khi lọc là:
770 , 15 80 100 7 100 3 100 5 , 1 100 100 914 , 11 (tấn/ca). 3.2.6. Ly tâm Tỉ lệ hao hụt: 1,8%
Trƣớc khi lọc độ ẩm 7%, tức độ ẩm sau li tâm là 7%. Giả sử : Độ ẩm acid glutamic trƣớc li tâm 11%. Hiệu suất của quá trình li tâm là 85%. Lƣợng acid glutamic trƣớc khi li tâm:
15,770 11 100 7 100 × 8 , 1 100 100 85 100 = 19,742 (tấn/ca).
3.2.7. Acid hóa và kếttinh Tỉ lệ hao hụt: 2%
Độ ẩm trƣớc li tâm 11%, tức độ ẩm sau kết tinh là 11%.
Nồng độ acid glutamic trƣớc kết tinh 30%. Tức là độ ẩm trƣớc khi kết tinh là