CHƢƠNG 2 QUY TRÌNH CƠNG NGHỆ
2. Thuyết minh quy trình
2.5. Q trình ni cấy sản xuất enzyme
Môi trƣờng nuôi cấy và giống sẽ đƣợc chuyển vào thiết bị lên men chính. Trong bể lên men có lắp đặt hệ thống cánh khuấy, hệ thống cung cấp oxy, hệ thống điều chỉnh pH, nhiệt độ. Trong quá trình lên men vi sinh vật sử dụng chất dinh dƣỡng để tăng sinh, đồng thời sản sinh ra những sản phẩm trao đổi chất và năng lƣợng làm thay đổi các yếu tố lên men ban đầu (pH, nhiệt độ). Phải bố trí các thiết bị để đàm bảo duy trì các yếu tố trên ở mức tối ƣu cho vi sinh vật phát triển tốt nhất. Để đảm bảo cho sinh trƣờng đó, thì kiểm sốt nồng độ oxy cung cấp là rất cần thiết qua cánh khuấy và thiết bị cấp khí oxy giúp xáo trộn môi trƣờng để vi sinh vật phân bố đều trong bể, tăng diện tích tiếp xúc cơ chất và vi sinh vật, cung cấp oxy giúp chủng này sinh trƣờng, phát triển tốt và sinh tổng hợp nhiều enzyme cần thiết.
2.5.1. Phƣơng pháp lên men
Để thu đƣợc nguồn enzyme dồi dào từ vi sinh vật, ngƣời ta phải nuôi cấy chúng trên các mơi trƣờng đặc hiệu. Phƣơng pháp lên men chìm dễ xử lý, kiểm soát tốt hơn các yêu tố môi trƣờng nhƣ nhiệt độ, đảm bảo đƣợc điều kiện vệ sinh vô trùng, hiện tƣởng nhiễm vi sinh vật lạ ít xảy ra hơn. Để đáp ứng nhu cầu của ngành cơng nghiệp, chi phí sản xuất thấp đƣợc ƣu tiên hàng đầu để sản xuất enzyme amylase. Phƣơng pháp lên men chìm dễ cơ giới hóa, loại bỏ đƣợc lao động thủ cơng, tạo năng suất cao, ít tốn diện tích, nâng cao hiệu quả chi phí cho q trình sản xuất, do đó đạt hiệu quả kinh tế hơn so với phƣơng pháp nuôi cấy bề mặt. Trong các thiết bị lên men có lắp đặt hệ thống cánh khuấy, hệ thống cung cấp oxy, hệ thống điều chỉnh pH, hệ thống điều chỉnh nhiệt độ. Trong đó hệ thống điều hịa khơng khí và khuấy trộn có ý nghĩa rất to lớn do chúng xáo trộn môi trƣờng làm tế bào vi sinh vật phân bố đều, tăng diện tích tiếp xúc với mơi trƣờng và đồng thời việc cung cấp khơng khí thƣờng xun giúp chủng này sinh trƣởng và phát triển tốt, làm tăng khả năng tạo enzyme của vi sinh vật. Ngồi ra, mơi trƣờng tổng hợp đã đƣợc sử dụng để lên men sản xuất amylase thông qua SMF. Thành phần của môi trƣờng tổng hợp bao gồm canh trƣờng dinh
25
dƣỡng cơ bản và tinh bột hòa tan, những thành phần này rất đắt tiền và đƣợc thay thế bằng các phụ phẩm nông nghiệp giá rẻ hơn để giảm chi phí cho mơi trƣờng ni cấy nếu áp dụng vào sản xuất ở qui mô lớn. Trong SMF, sẽ chọn phƣơng thức nuôi cấy gián đoạn để ni và thu enzyme theo mẻ vì Bacillus subtilis có thể sinh trƣởng tốt
trong canh trƣờng dinh dƣỡng cơ bản mà không bị ức chế bởi nồng độ cao của thành phần dinh dƣỡng, bên cạnh đó việc sử dụng gián đoạn bổ sung cơ chất ngoài dễ bị nhiễm khuẩn, tốn năng lƣợng thì cịn sẽ tốn nhiều chi phí cho nhân cơng vận hành, quản lý.
2.5.2. Quá trình lên men
Lên men để tạo điều kiện tối ƣu cho vi sinh vật phát triển và sinh tổng hợp enzyme amylase. Trong quy trình này Bacillus subtilis đƣợc nuôi cấy ở nhiệt độ 600C, pH = 5.5 sản xuất amylase đƣợc thực hiện trong môi trƣờng cơ bản cấy trong 24 giờ đƣợc ni cấy trong các bình Erlenmeyer 250 mL chứa 50 mL (w/v) mơi trƣờng có pH ban đầu là 7,0. Các mẫu cấy đƣợc lắc ở tốc độ 150 vòng/phút trong tủ ấm lắc quỹ đạo ở 37°C trong ít nhất 72 h trừ khi có quy định khác. Sau khi ủ, nƣớc dùng lên men đƣợc ly tâm trong máy ly tâm lạnh ở tốc độ 10000 vòng/phút trong 10 phút ở 4°C. Phần nổi tự do của tế bào đƣợc thu thập và bảo quản để đánh giá hoạt tính của amylase. Để tối ƣu hóa các thành phần mơi trƣờng, các nguồn cacbon khác nhau, các nguồn nitơ hữu cơ và vô cơ, và các chất hoạt động bề mặt đƣợc bổ sung và rƣợu polyhydroxy đã đƣợc thay đổi ở các nồng độ khác nhau trong môi trƣờng cơ bản tại một thời điểm trong khi các thành phần khác đƣợc giữ khơng đổi (11) .
Kiểm sốt q trình lên men: Kiểm sốt nhiệt độ:
Trong q trình lên men vi sinh vật hoạt động tạo ra nhiệt lƣợng, cộng với lƣợng nhiệt của cánh khuấy làm thay đổi nhiệt độ của quá trình lên men và ảnh hƣởng tới hiệu suất lên men. Vì vậy duy trì nhiệt độ ổn định cho suốt quá trình bằng hệ thống làm mát tự động. Nhiệt độ trong bể lên men đƣợc đo bằng đầu dò nhiệt độ, báo về cho hệ thống điều khiển tự động, phân tích và vận hành hệ thống làm mát.
26
pH ảnh hƣởng tới tốc độ tăng trƣởng của vi sinh vật. Điều chỉnh pH phù hợp để vi sinh vật phát triển tốt nhất, tạo ra sản phẩm nhiều enzyme nhất.