NHẬP MÔN CÔNG NGHỆ SINH HỌC - CHƯƠNG 7 ppt

•JJ
•Chương 7
CÔNG NGHỆ LÊN MEN
•I.KHÁI QUÁT VỀ SỰ LÊN MEN CN
•II. SỰ TĂNG TRƯỞNG CỦA TẾ BÀO
•III. DINH DƯỢNG VÀ NGUYÊN LIỆU
• IV. HỆ THỐNG THIẾT BỊ
• V. VẬN HÀNH
• VI. LÊN MEN CITRIC ACID
I. KHÁI QUÁT VỀ SỰ LÊN MEN
CÔNG NGHIỆP.
• 1. Sự lên men.
• Lên men là sự tích lũy các sản phẩm trao đổi chấ
t

hữu ích cho con người trong quá trình nuôi cấ
y
vi
sinh vật .
• - Nuôi vi sinh vật với quy mô lớn (10 lit đến
1.000.000 lít) gọi là sự lên men công nghiệp
(industrial fermentation).
2. Ưu thế của tế bào VSV
• –Kích thước nhỏ,hấp thu nhanh và đồng hóa ở
tốc độ cao.
• – Nguồn nguyên liệu đơn giản : phế phụ phẩm rẻ
tiền.
• – Chúng có thể thực hiện rất nhiều các phả
n

ứng hoá sinh khác nhau.

• – Thích ứng với thiết bò của nhà máy.
• – Dễ dàng sử dụng KTDT để tăng sản lượng và
biến đổi sản phẩm cuối.
• – Có khả năng tạo các chất đối quang hay đối
hình (enantiomer)

3
.Sụ ủo

toồng quaựt va
ứ
ba
coõng ủoaùn chớnh
II. SỰ TĂNG TRƯỞNG CỦA TẾ
BÀO
• 1. Tỉ lượng (Stoichiometry) của tế bào
• 2. Phản ứng tăng trưởng
• 3. Động học (Kinetics) của sự tăng trưởng
III. NGUỒN DINH DƯỢNG VÀ
NGUYÊN LIỆU BAN ĐẦU
• 1. Môi trường tự nhiên và tổng hợp
• 2. Nước.
• 3. Nguồn carbon .
• 4. Nguồn nitrogen.
5. Các nguyên tố khác và vitamin.
6. Các chất phá bọt.
1. Môi trường tự nhiên và tổng hợp
• Môi trường tự nhiên phức tạp khác với môi trường tổng
hợp có nguồn gốc động, thực vật, thành phần hoá học
chính xác của các vật liệu này đến nay chưa biết hoặc

xác đònh rất khó khăn.
• Một số môi trường phức tạp được pha chế bằng cách
hoà tan các chất tự nhiên và tiếp theo được xử liù bằng
thủy giải, làm trong hay bổ sung các chất dinh dưỡng,
kích thích tố tăng trưởng hay các nguyên tố vi lượng.
Môi trường tổng hợp (synthetic) có thành phần xác
đònh.
2
. N
ư
ơ
ù
c
• Chất lượng nước rất quan trọng trong sản xuất các sản
phẩm từ VSV. Ví dụ : rượu bàu đá ngon nổi tiếng của
Bình Đònh chỉ có thể được sản xuất từ nước suối
Bàá (bàu có nghóa một thủy vực).
• Trong sản xuất vaccine, nguồn nước phải qua
nhiều công đoạn làm tinh sạch, chưng cất 2 lần rồi mới
được sử dụng để nuôi các chủng VSV.
• Lên men trong môi trường nước có ưu điểm là độ
đồng nhất cao, dễ dàng theo dõi pH và nhiệt độ ;
nhược điểm là khi chiết suất sản phẩm thì tỉ lệ nước
cao gây tốn kém năng lượng và thời gian.
3. Nguồn carbon
• Trong sản xuất từ VSV, nguồn carbon chủ
yếu là đường đơn như glucose,
oligosaccharide (lactose, saccharose) ;
những đường này thường từ nguyên liệu
ban đầu là mật rỉ đường và thường được

xử liù để có glucose.
4. Nguồn nitrogen
Thông dụng nhất là cung cấp nitrogen vô cơ
dưới dạng muối ammonium (như ammonium
phosphate), nitrogen hữu cơ thường được cung
cấp như amino acid hoặc sản phẩm thủy giải từ
protein.
a. Nguồn nitrogen tổng hợp : SA , DAP (Diammonium
phosphate) , urê.
b. Nguồn nitrogen tự nhiên : Nước chiết của bắp ( corn
stup liquor ) , cao bắp , có nhiều acid amin ( 15 loại ) ,
Cao nấm men,
5. Các nguyên tố khác và vitamin
• Ngoài nguồn C và N, môi trường dinh dưỡng
cần đủ các nguyên tố đa lượng và vi lượng khác
như P, S, K, Na, Ca, Mg, Fe, Mn, Zn, Co,…
Ngoài các vitamin có sẵn trong cơ chất ban đầu,
trong một số quy trình cần bổ sung vitamin như
biotin.
6. Ca
ù
c
cha
á
t pha
ù
b
ọt
• Trong quá trình sục khí, bọt tạo ra nhiều lớp
ngăn cách không khí. Các chất phá bọt

thường dùng là các loại dầu : dầu dừa, dầu đậu
nành, dầu hướng dương, dầu hạt cải, dầu cá
không có mùi, dầu silicol 1%. Dầu phải đạt yêu
cầu : hoạt tính phá bọt cao, mùi dễ chòu, màu
sáng và không có tạp chất.
IV. HE
Ä
THO
Á
NG THIE
Á
T BỊ
• 1. Các thiết bò trước lên men.
• 2. Nhu cầu oxygen và các kiểu lên
men
• 3. Bioreactor (Bồn lên men -
fermentor)
• 4. Các thiết bò sau lên men.
Các kiểu lên men :
• – Lên men bề mặt : Môi trường lỏng chứa trong khay
với với chiều sâu không quá 5cm và tế bào mọc lớp
trên bề mặt tiếp xúc trực tiếp với không khí.
• – Nuôi cấy lắc dùng trong phòng thí nghiệm, oxygen
cung cấp cho môi trường bò khuấy trộn nhờ máy lắc.
• – Lên men bán rắn : Cơ chất rắn ẩm để lớp mỏng trên
khay.
• – Lên men chìm (submerged fermentation) là kiểu lên
men chủ yếu trong công nghiệp.
3. Bioreactor
• Bioreactor (fermenter) là vật chứa (vessel) các tế

bào, chiết xuất tế bào hay các enzyme thực hiện
phản ứng sinh học.
• Đây là thiết bò có dung tích từ 10-100 lít đến
100000 lít, được làm bằng thép không rỉ, có hệ
thống đo lường và điều chỉnh nhiệt độ, pH và
oxygen hoà tan. Bioreactor thường có hình trụ
với một hệ thống cánh quạt như chân vòt tàu
thủy nhằm trộn đều và cung cấp oxygen.
Heä thoáng nhaân gioáng ñeán bioreactor 100m3
• Mẫu bioreactor pha
û
i tho
û
a mãn ca
ù
c đòi ho
û
i kha
ù
c
như sau :
• – Các vật cản : làm tăng hiệu quả khuấy.
• – Kiểm soát phá bọt : tự động việc phá bọt.
• – Kiểm soát nhiệt độ : mật độ tế bào tăng lên,
nhiệt tỏa ra và nước lạnh được lưu thông trong
các vòng trao đổi nhiệt hay vỏ bọc bồn lên men.
• – Kiểm soát pH : giữ pH ổn đònh.
• – Các cửa phụ : bổ sung tế bào nuôi và các chất
môi trường.

4. Các thiết bò sau lên men
• – Thiết bò tách tế bào : Các bồn lắng, các
loại máy li tâm, bộ lọc ép hoặc lọc chân
không trống quay. Đây là các thiết bò
thường sử dụng trong công nghệ thực
phẩm.
• – Thiết bò phá vỡ tế bào : Dùng thu nhận
các sản phẩm nội bào.
• – Thiết bò cô đặc : Làm bốc hơi, lọc màng,
trao đổi ion, hấp thu.
• – Thiết bò dùng cho phản ứng tạo sản
phẩm.
• – Thiết bò kết tinh dùng cho một số sản
phẩm như bột ngọt (monosodium
glutamate – MSG), citric acid.
• – Sắc kí dùng cho tinh chế sản phẩm
• − Thiết bò sấy.
• – Các thiết bò để chế biến và bảo quản sản
phẩm như rửa, sấy
V.

VA
Ä
N

HA
NH

QUY

TRÌNH

LEN

MEN
• .
H
eọ tho
ỏ
ng nhaõn gio
ỏ
ng trong pho
ứ
ng th
ớ
nghieọm
vụựi caực bioreactor 10 lớt

20 lớt
2. Các thông số kiõ thuật của
bioreactor
• Điều cần thiết là phải theo dõi và kiểm soát các
thông số nuôi cấy như lượng oxygen hoà tan, pH,
nhiệt độ và sự khuấy trộn trong quá trình nuôi
cấy. Sự thay đổi các thông số này có ảnh hưởng
lớn đến quá trình tạo thành sản phẩm và ổn
đònh hoạt tính sản phẩm.
3. Các phương thức lên men
• Cung cấp môi trường dinh dưỡng theo nhiều
phương thức khác nhau.

• – Lên men gián đoạn hay từng mẻ (Bath
fermentation). Đây là dạng lên men được sử
dụng đầu tiên khi bắt đầu có công nghiệp lên
men. Môi trường nuôi cho một lần vào bồn lên
men, cấy giống và thực hiện lên men đến thu
sản phẩm
• Xong một mẻ hay một đợt như vậy, làm lại mẻ
mới.