Bài giảng Kỹ thuật thu hồi và hoàn thiện sản phẩm: Chương 1 - Mở đầu

Kỹ thuật thu hồi và hòan thiện
sản phẩm
Downstream process (DSP)
Lê Thanh Hà
Bộ môn CNSH


Bài 1. MỞ ĐẦU


Đề cương mơn học
• G:\20092021\16022020\Bomon\Decuong\CTDT2017\Đê
cương chỉnh sửa\final\BF4709_Ky thuat thu hoi hoan
thien san pham-final-REV1.docx


Mục đích của mơn học
• Hiểu khái niêm DSP, mục đích q trình, các khó khăn
thách thức, chiến lược, các bước qui trình THHTSP
• Nắm được các kỹ thuật thu nhận SPSH: lắng, lọc, li tâm,
trích li, lọc màng, sắc kí, kết tinh, sấy bao gồm ngun tắc
và ứng dụng
• Biết cách tính tóan một số thơng số của qui trình


I. Các khái niệm về DSP
• Q trình thu hồi và hồn thiện sản phẩm của q trình
cơng nghệ sinh học với tác nhân vi sinh vật ở qui mô CN
•  các q trình thu hồi khác như: tách chiết các chất có
hoạt tính từ động vật hay thực vật
• Qui trình cơng nghệ sinh học: 3 giai đoạn

Qui trình cơng nghệ sinh học
DSP
Ngun liệu thơ

Thủy phân
Tối ưu hóa
Thanh trùng
Xúc tác sinh học
Chọn lọc
Biến dị
Kỹ thuật lai
USP
Cố định

Phản ứng
Phản ứng enzym
Lên men
Xúc tác
Fermentation

Thu hồi sản phẩm
Lắng
Lọc
Kết tinh
Kết tủa
Trích li
Hấp phụ
Sắc kí

Qui trình SX enzym từ nấm mốc

Giống

Chuẩn bị giống

Lên men

Thu hồi enzym


ATPE - Aqueous two-phase extraction
UF- Ultrafilstration
DF- Diafiltration
IEX – Ion exchange chromatography
HIC - Hydrophobic interaction chromatography


Sản xuất bằng lên men
Ngun liệu thơ

Q trình
phụ trợ

Khơng khí

Hơi nước

Thùng lên men

Nhiệt
Sản phẩm

DSP

Nước
Giống

Thải

Kiểm sốt q trình


Upstream process- Q trình trước lên
men
• Chủng:
– Chọn lọc chủng
– Cải thiện chủng
– Nhân giống

• Mơi trường
– Nguồn C và N
– Nguồn dinh dưỡng ko thể thiếu
– Môi trường xác định hay không xác định....
– Tối ưu môi trường lên men


Fermentation- Q trình lên men

• Kỹ thuật lên men
– Thiết bị lên men
– Phương pháp lên men: Fed, Fed-batch, continuous
– Kiểm soát điều kiện lên men: pH, nhiệt độ, lượng oxi hịa tan

→tối ưu hóa q trình ni cấy: thu lượng sản phẩm trên
đơn vị thể tích là lớn nhất


Downstream process (DSP)
Tách sản phẩm sinh học từ hỗn hợp
•TB VSV
•Các thành phần của TB phân hủy
•Các thành phần của MT (hịa tan hay
ko)
•Các SP trao đổi chất (bao gồm cả
thành phẩm)


Q trình thu hồi và Hồn thiện SP là gì?
• DSP-Downstream processing: Là q trình sau lên men
• Là bước rất quan trọng bao gồm thu hồi sản phẩm và tinh
sạch có thể chiếm 80-90% chi phí của tịan bộ quá trình


Ba đặc điểm của sản phẩm sinh học
• Có thể có nồng độ thấp: mg/L
• Chịu nhiệt kém: sấy nhiệt độ thấp, li tâm lạnh....
• Dễ bị phân hủy: dùng chất ức chế protease EDTA
→Chi phí cho DSP cao

Các bước quá trình THHTSP
Giai đoạn
Phương pháp
1. Separation of insolubles (Tách Lọc, lắng, li tâm, trích li, hấp
chất rắn)
phụ

2. Isolation of Product (Tách sản Phá vỡ TB, Trích li, hấp phụ,
phẩm)-giảm thể tích
siêu lọc, kết tủa
3. Purification (Tinh sạch)

Sắc kí, kết tinh, kết tủa phân
đoạn, hấp phụ, trích li

4. Polishing (Hoàn thiện)

Sấy, kết tinh


Hồn thiện sản phẩm
• Dạng nước, bột hay cố định
• Dạng nước
– Cơ đặc hay pha lỗng
– Tác nhân bảo quản và ổn định
– Thanh trùng bằng lọc

• Dạng bột

– Sấy đơng khơ
– Sấy phun hay có lớp bảo vệ


Lên men

(Áp suất cao, nghiền, hóa học)

Nội bào

Ngoại bào

Phá vỡ tế bào
(li tâm/lắng, lọc, trích li)

Tạo sản phẩm

Sản phẩm thơ

Tách rắn-lỏng

Cô đặc

(kết tủa, hấp phụ, bay hơi, siêu lọc,
chưng cất)

Tinh sạch

Sắc kí

Tạo sản phẩm

Sản phẩm cuối

(kết tinh, đơng khơ, sấy phun, lọc vô trùng)


II. Mục đích, chiến lược, khó khăn
và thách thức THHTSP
➢Mục đích: 4
➢Các yếu tố ảnh hưởng: 3
➢Chiến lược DSP
➢Thách thức


1. Mục đích DSP
4 Mục đích: thu sản phẩm đạt các yêu cầu
– Hoạt tính cao
– Độ tinh sạch cao
– Hiệu suất thu hồi cao
– Chi phí thấp


2. Yếu tố ảnh hưởng
2.1. Yếu tố VSV
2.2. Yếu tố lên men
2.3. Yếu tố sản phẩm


2. Yếu tố ảnh hưởng

2.1. Tác nhân vi sinh vật
– Màu sắc: tạo sắc tố, loại màu
– Khả năng kết lắng: tách sinh khối
– Kích thước TB: tách sinh khối
– Độ nhớt: tách sinh khối

– Thành TB: phá vỡ tế bào


2.2. Quá trình lên men
– Sản phẩm phụ tạo thành: nhiều hay ít, dễ tách hay khó
– Thành phần MT: MT khơng sạch thì rẻ nhưng chi phí
cho DSP cao
– Chất chống tạo bọt: khó tách


2.3. Đặc điểm của SP tạo thành
– Vị trí SP: trong NSC cytoplasm, periplasm hay ngoại
bào, bào quan hay thể vùi IB

/>
/>

• Ngoại bào: tách sinh khối
• Nội bào hay periplasm: lấy sinh khối và phá vỡ TB
• Thể vùi: thu inclusion bodies IB


– Độ bền SP
• Vật lí

– Nhiệt độ
• Cơ học
– Lực trượt
– Áp suất
– Sức căng bề mặt
• Hóa học
– pH
– Dung môi

– Tác nhân Chaotropic – phá vỡ liên kết kỵ nước
– Chất sát trùng (detergent)
• Sinh học
– Proteolysis

Mục đích
khơng làm
bất hoạt
SP