1-bồn chứa NaOH; 2- bồn chứa glucose; 3- bồn chứa nguồn cơ chất bổ sung; 4- đầu dò mực chất lỏng của reactor; 5- bình lên men; 6- module membrane UF dạng ống; 7- bồn chứ dòng permeate hay dòng pha loãng (DS); 8- thiết bị membrane điện thẩm tích ED 1 cực; 9- bồn chứa dòng tập trung sản phẩm (CS).
Thiết bị điện thẩm tích ED (Eurodia Industrie, France) bao gồm 8 cặp membrane trao đổi cation và anion chịu nhiệt (Tokuyama Soda, Japan), diện tích vùng hoạt động của mỗi tấm membrane là 200 cm2, tổng diện tích membrane là 0.32 m2. Dòng điện cung cấp trong suốt quá trình ED có kết hợp với sự dẫn điện của dòng thấm nguyên liệu đi vào, giúp quá trình chạy theo phương thức tự động. Ở đây, độ dẫn điện của DS được thiết lập chế độ nhỏ nhất là 5 mS/cm và lớn nhất là 30mS/cm. Ngoài ra, nguồn cung cấp điện cho ED có thể tự động gián đoạn để tránh vượt hiệu điện thế. Trong suốt quá trình, dòng điện và hiệu điện thế được chỉnh không quá 8A và 24V. Do hiện tượng tắc nghẽn nên ED được ngừng định kỳ và được làm sạch bằng dung dịch NaOH 2%. Tần số làm sạch thay đổi tùy vào quá trình lên men và khối lượng phân tử giới hạn của membrane trong MBR. Hệ thống phải hoàn toàn ngừng hẳn trong 1 tuần để kiểm soát các hiện tượng xấu có thể xảy ra.
Hình 3.8. Mô hình membrane điện thẩm tích và điều khiển sự di chuyển các ion trong sản xuất acid lactic
b Phương pháp
− Nguồn cơ chất gồm có: glucose từ tinh bột đã thủy phân, YE, peptone từ casein, NaOH chỉnh pH, muối natri sulfate khan là dung dịch điện phân để rửa điện cực trong suốt quá trình ED.
− Dung dịch glucose chưa vô trùng ở nồng độ 100 và 200g/L được bổ sung liên tục vào thiết bị qua bơm ở tốc độ từ 100-1000g/h
− Vì giống vi sinh vật này đòi hỏi các yếu tố sinh trưởng, YE và peptone từ casein được cung cấp hỗ trợ cho sự phát triển vi sinh vật và hình thành sản phẩm acid lactic. Bổ sung YE 32g/L và peptone 40g/L tại thời điểm đã được định sẵn trong MBR với tốc độ thay đổi từ 0-300g/h. Công việc này được điều khiển bởi máy tính. − MBR vận hành ở 600C trong suốt quá trình và thời gian lên men liên tục tổng cộng
là 1052h. D trong suốt quá trình lên men thay đổi từ 0.03-0.07h-1, pH ở 6.5 điều chỉnh bằng dd NaOH 4M.
− Sau khi nuôi cấy khoảng 159h, thiết bị ED thực hiện tại giờ thứ 160.
− Sự kết hợp MBR-ED vận hành dưới điều kiện không vô trùng, chỉ duy nhất nguồn yếu tố sinh trưởng được tiệt trùng trong autoclave ở 1210C, 20ph.
− Dòng permeate (P1) thoát khỏi MBR về bồn chứa số 7. Dòng permeate này giàu sodium lactate được bơm từ bồn 7 qua bộ phận ED để thu nhận trực tiếp lactate natri. Dòng không có lactate, dòng thoát ra từ ED được quay trở lại bồn chứa dòng permeate 7, để tiếp tục quá trình làm giàu lactate natri trong hệ thống lên men MBR-ED.
− Để dễ dàng tối ưu lượng đường chuyển hóa và việc sử dụng nguồn cơ chất bổ sung, một dòng R2 được thiết lập – là dòng hồi lưu permeate ko liên tục quay trở về bioreactor từ bồn chứa 7 ở tốc độ 600g/h. Bồn chứa 7 được điều khiển bởi máy tính để luôn đạt trạng thái cân bằng.
− Để tránh hiện tượng nhiễm khi hồi lưu dòng permeate, thiết bị ED cũng được vận hành ở 600C, cùng nhiệt độ với thiết bị lên men. Có 1 hệ thống điều chỉnh nhiệt trực tiếp trong bồn chứa permeate để luôn điều hòa nhiệt độ dòng permeate ở nhiệt độ này. Nước xử lý bằng thẩm thấu ngược được đưa vào từ phía dòng CS để tạo điều kiện tập trung sản phẩm nhiều hơn. Dòng tập trung được bão hòa và được làm giàu lactate natri từ dòng permeate, liên tục được rút ra và thế chỗ vào là nước đã qua thẩm thấu ngược tại thời điểm ED đạt đến sự ức chế.
− Dung dịch Na2SO4 0.05M tuần hoàn trong dòng rửa điện cực và được cung cấp mỗi 48h bằng dung dịch điện phân Na2SO4 mới.
c Kết quả: