Mục đích: chuẩn bị, sau khi thanh trùng canh trường lên men phải lọc bỏ hết các tế bào vi khuẩn Xanthanmonas, chuẩn bị cho quá trình kết tủa xanthan.
Biến đổi: dung dịch trong hơn, vì tách được một phần cặn.
Phương pháp: người ta dùng phương pháp ly tâm để tách và để cho quá trình tách dễ dàng hơn thì thường tiến hành pha loãng canh trường lên men để giảm độ nhớt. Ngoài ra cũng có thể tách bằng cách khác, đó là sử dụng hoá chất hoặc các enzyme tiêu hoá. Tuy nhiên cách này thì sản phẩm xanthan thu được có thể bị lẫn các mảnh vụn của vi khuẩn và làm giảm khả năng hoà tan. Sản phẩm thu được bằng cách này chỉ dùng trong dầu khí.
Thiết bị: máy ly tâm
Nguyên tắc hoạt động: dựa vào sự chênh lệch khối lượng riêng giữa xác vi sinh vật và dịch lên men.
Sử dụng thiết bị ly tâm có chén xoay dạng côn. Cấu tạo thiết bị bao gồm một
vỏ cố định. Nguyên liệu đi vào đáy của chén xoay. Dưới tác dụng của lực ly tâm, các huyền phù mà ở đây là các tế bào vi khuẩn sẽ di chuyển về thành của chén xoay và bám trên đó. Phần dung dịch có chứa xanthan di chuyển lên phía trên và chảy tràn ra ngoài vỏ. Khi bã dày, thiết bị được ngừng hoạt động, lớp bã được tách bằng dao hay tháo ra ngoài bằng cửa xả đáy của chén xoay.
Thông số công nghệ: -Gia tốc li tâm: 8000.g
-Nhiệt độ của dịch ban đầu: 70oC
2.7. Kết tủa
Mục đích: chuẩn bị cho quá trình tách nước Phương pháp:
- Sau khi lọc bỏ hết vi khuẩn của canh trường sau lên men, xanthan được thu nhận bằng cách làm cho chậm quá trình hoà tan và cho kết tủa bằng cách thêm vào các hợp chất hữu cơ tan trong nước, có thể là acetone, alcohol, dioxane, tetrahydrofuran, muối hoặc acid, tùy trường hợp cụ thể. Thường dùng nhất là thêm ethanol hoặc isopropanol. Acohol sau đó sẽ thu hồi bằng hệ thống chưng cất để tái sử dụng.
- Việc thêm muối cũng làm tăng khả năng kết tủa nhờ các cation của muối liên kết với các gốc tích điện âm có trong canh trường.
- Thu nhận xanthan gum là một quy trình phức tạp và tốn kém vì độ nhớt cao của nó kể cả ở nồng độ thấp, làm cho quá trình vận chuyển, xử lý gặp nhiều khó khăn. Do đó, các chất hoá học được hỗ trợ thêm vào để tăng hiệu quả.
- Một số cách giải quyết cho vấn đề làm sao giảm lượng các chất cần thiết thêm vào trong quá trình kết tủa xanthan gum nhằm nâng cao hiệu suất của quá trình sản xuất:
• Tăng nồng độ của xanthan gum trong dung dịch, bao gồm các polysaccharide tan.
• Thêm vào các catinon nhiều hoá trị, chất điều chỉnh pH
Nhược điểm khi tăng nồng độ xanthan gum là làm cho độ nhớt của dung dich tăng lên rất nhanh (chỉ cần nồng độ <5%), gây khó khăn lớn. Còn việc thêm vào các
cation ( thêm muối) và chất điều chỉnh pH có thể ảnh hưản ng đến chất lượng sản phẩm sau cùng (giảm khả năng hoà tan).
Sợi polymer thu nhận được dưới dạng rắn ẩm và phải qua quá trình tinh sạch cuối cùng để có được sản phẩm đạt chất lượng. Xanthan thu được sau quá trình lên men được hoà tan và rửa lại bằng nước/dung dịch KCl để loại bỏ hết thành phần gây ảnh hưởng xấu đến chất lượng sản phẩm như các mảnh vụn tế bào, microgel, vụn hữa cơ, các chất màu… rồi để lắng và tách nước. Cuối cùng đem đi sấy khô.
Quá trình kết tủa được diễn ra trong các bồn chứa có cánh khuấy. Muối và ethanol được bổ sung vào với tỷ lệ nhất định so với nồng độ xanthan và thể tích của dịch thu được sau ly tâm. Cánh khuấy hoạt động suốt quá trình kết tủa để tăng hiệu khả năng tiếp xúc giữa các tác nhân gây kết tủa với xanthan để kết tủa xanthan thu được là lớn nhất.
Thông số công nghệ: -Thời gian kết tủa: -Độ ẩm của kết tủa: 80% -Tỷ lệ phối trộn:
2.8. Tách nước
Mục đích: chuẩn bị cho quá trình sấy.
Tuy nhiên, để sấy thật khô thì rất khó khăn vì những ảnh hưởng không mong muốn của dung dịch xanthan gum trong dung dịch muối. Do đó, cần phải tách nước trong khối kết tủa đến khoảng 50% ẩm hoặc ít hơn để quá trính sấy phía sau được hiệu quả hơn.
Biến đổi: Biến đổi quan trọng nhất là huyền phù được tách làm hai pha riêng biệt, pha rắn là rắn ướt xanthan, pha lỏng là dịch chứa cồn, muối,… Ngoài ra, các thông số vật lý của dịch như độ nhớt, nhiệt độ,.. thay đổi tương đối. Còn các biến đổi về sinh học cũng như hóa sinh hầu như không có.
Thiết bị: sử dụng thiết bị li tâm đĩa
Nguyên tắc hoạt động của thiết bị: Sử dụng thiết bị ly tâm có chén xoay dạng côn. Cấu tạo thiết bị bao gồm một chén xoay dạng côn quay quanh một trục thẳng đứng. Tất cả được đặt trong vỏ cố định. Nguyên liệu đi vào đáy của chén xoay. Dưới tác dụng của lực ly tâm, các huyền phù mà ở đây là các kết tủa rắn ẩm của xanthan sẽ di chuyển về thành của chén xoay và bám trên đó. Phần dung dịch gồm cồn, muối và các hợp chất được trích ly trong quá trình kết tủa sẽ di chuyển lên phía trên và chảy tràn ra ngoài vỏ. Khi bã dày, thiết bị được ngừng hoạt động, lớp bã được tách bằng dao hay tháo ra ngoài bằng cửa xả đáy của chén xoay
-Gia tốc li tâm:
-Độ ẩm tủa rắn: 30 – 50%
2.9. Sấy
Mục đích: khai thác, bảo quản, hoàn thiện Biến đổi:
- Vật lý: nhiệt độ sẽ tăng cao trong bán thành phẩm.
- Hóa học: độ ẩm giảm, nhiệt độ cao có thể phân hủy mạch polymer trong cấu trúc của xanthan.
- Hóa lý: biến đổi quan trọng nhất là sự chuyển pha từ lỏng sang hơi của nước.
- Sinh học: các vi sinh vật còn sót lại bị ức chế hoặc tiêu diệt dưới tác dụng nhiệt của quá trình sấy, hoạt độ của nước giảm.
Cấu tạo: thiết bị có một băng tải được làm bằng thép không rỉ để chứa mẫu nguyên liệu cần sấy. Phía trên băng tải bố trí các tấm hay ống bức xạ.
Nguyên tắc hoạt động: nguyên liệu sẽ được nạp lên băng tải và di chuyển liên tục theo chiều từ trái sang phải. Dưới tác dụng bức xạ của các tia, nước chuyển pha thành hơi và được tách ra khỏi nguyên liệu. Cường độ tia và thời gian sẽ quyết định đến độ ẩm cuối của sản phẩm. Độ ẩm cuối cùng của sản phẩm : 8 – 15%.
2.10. Nghiền
Mục đích: hoàn thiện
Sau khi sấy, xanthan gum cần được nghiền đến kích thước mong muốn nhằm điều khiển được mức độ phân tán cũng như mức độ hoà tan (đặc biệt là tăng độ tan trong dung dịch muối), từ đó tạo khối sản phẩm dễ dàng cho vận chuyển, lưu trữ, sử dụng.
Các biến đổi:
- Vật lý: kích thước của nguyên liệu giảm, diện tích bề mặt riêng sẽ tăng lên. Dưới tác dụng của các lực, nhiệt độ của nguyên liệu sẽ tăng lên.
- Hoá lý: sau khi nghiền, tốc độ hút ẩm sẽ tăng lên, làm độ ẩm sản phẩm tăng lên có thể dẫn đến tình trạng nguyên liệu bị vón cục.
Thiết bị: sử dụng thiết bị nghiền búa.
Cấu tạo: thiết bị nghiền búa bao gồm một rotor quay với tốc độ cao được gắn với một vòng đai, trên vòng đai có gắn các tay đập (búa). Mặt trong của vỏ bao được cấu tạo được cấu tạo bằng vật liệu dai và cứng. Ngoài ra còn trên vỏ có thể trang bị sàng để giữ lại những nguyên liệu chưa được nghiền đến mức độ đạt yêu cầu.
Nguyên tắc hoạt động: Khi rotor quay, các tay đập sẽ chuyển động và đầu của các tay đập tạo thành vòng tròn, khoảng cách giữa vòng tròn này với vỏ bao là rất nhỏ ( tùy thuộc vào kích thước của nguyên liệu và sản phẩm cuối cùng). Khi vận hành, nguyên liệu được tay đập đưa đến khe hẹp giữa đầu búa và thành của vỏ. Dưới tác dụng của lực va đập và lực ma sát, nguyên liệu sẽ vỡ ra. Phần nguyên liệu sau nghiền nếu đạt yêu cuầ sẽ qua tấm sàng phía dưới để đi ra ngoài, còn nếu chưa đạt kích thước sẽ được giữ lại và tiếp tục nghiền đến khi đạt kích thước tiêu chuẩn.
2.11. Đóng gói
Mục đích: bảo quản và hoàn thiện. Sản phẩm xanthan là một sản phẩm hút ẩm mạnh nên cần bao gói chúng trong các bao bì có khả năng chống hút ẩm cao.
Thiết bị: quá trình đóng gói tiến hành trên dây chuyền tự động.
3. Sản phẩm