Đồ án thiết kế nhà máy sản xuất dược phẩm

MỞ ĐẦU
Các kháng sinh là một nhóm thuốc thiết yếu trong y học hiện đại. Nhờ các
thuốc kháng sinh mà y học đã có thể loại bỏ được các dịch bệnh nguy hiểm như
dịch hạch, tả, thương hàn và điều trị hiệu quả nhiều loại bệnh gây ra bởi các vi
khuẩn. Đối với các nước nghèo, các thuốc kháng sinh lại giữ một vị trí rất quan
trọng vì ở các nước này do điều kiện vệ sinh yếu kém và mức sống còn thấp nên
thường xẩy ra các vụ dịch ỉa chảy, kiết lỵ, nhiễm khuẩn hô hấp...
Hiện nay trên thế giới người ta đã phát hiện trên 8000 chất kháng sinh và mỗi
năm có khoảng vài trăm chất kháng sinh mới được phát hiện. Trong tương lai chắc
chắn còn có nhiều chất kháng sinh khác nữa cũng sẽ được tìm ra vì đa số các vi sinh
vật có khả năng tạo thành chất kháng sinh đã được nghiên cứu cho tới nay đều chỉ
thuộc về các chi Streptomyces và Bacillus.
Kể từ khi Penicillin được Alexander Fleming phát hiện (1929), và được chứng
minh có tác dụng chữa bệnh (1941), trong hơn nữa thế kỷ qua, kháng sinh đã trở
thành một dược phẩm thần kỳ sớm chiếm vị trí hàng đầu trong lĩnh vực thuốc men
thế giới, với những kết quả ngày càng mới lạ, với nhu cầu ngày càng tăng và với
lượng sản xuất ngày càng lớn. Hơn thế nữa, cạnh bên chất Penicillin đầu đàn, có
thêm nhiều loại kháng sinh được chiết xuất từ nấm, và những loại kháng sinh tổng
hợp với danh mục ngày càng dài làm cho kho tàng kháng sinh thêm phong phú.
Xuất phát từ thực tế đó, em đã thực hiện đề tài “Thiết kế nhà máy sản xuất
kháng sinh Penicillin G dạng viên nén từ tinh bột ngô với năng suất 1 tấn
penicillin/ngày” nhằm giúp cho chúng ta có thể tìm hiểu về quy trình sản xuất
penicillin trong giai đoạn hiện nay. Mặt khác chúng ta có thể cùng trao đổi để tìm ra
được những ưu, khuyết điểm của quy trình sản xuất này với hi vọng trong tương lai
Việt Nam sẽ có một nhà máy sản xuất penicillin với quy mô công nghiệp.


CHƯƠNG 1: LẬP LUẬN KINH TẾ KỸ THUẬT
Sự cần thiết phải xây dựng nhà máy sản xuất kháng sinh Penicillin

1.1.

Nhu cầu của con người ngày càng tăng cao thì những mối quan tâm về sức khỏe
cũng được đặt lên hàng đầu. Như ta đã biết, hiện nay nước ta phải nhập khẩu một số
lượng lớn các chất kháng sinh, trong đó có kháng sinh penicillin với giá thành khá cao.
Một điều đáng chú ý hiện nay là hiện tượng kháng thuốc của các vi sinh vật gây bệnh
ngày càng tăng lên, nên chúng ta phải tìm ra những loại kháng sinh mới hay những
nhóm kháng sinh khác để chữa bệnh cho con người. Đồng thời, qua đó tạo tiền đề
nghiên cứu của các nhà khoa học về những loại kháng sinh khác hiệu lực cao hơn. Vì
vậy công nghệ sản xuất kháng sinh luôn hứa hẹn mở ra những tiềm năng mới. Việc xây
dựng một nhà máy sản xuất kháng sinh penicillin không chỉ đáp ứng nhu cầu về nguồn
kháng sinh mà còn góp phần giải quyết công ăn việc làm, mang lại lợi nhuận đáng kể
cho nhà đầu tư.
Nhà máy được xây dựng phải đảm bảo các yêu cầu sau: [5]
+
+
+
+
+
1.2.

Vị trí đặt nhà máy: gần nguồn nguyên liệu và thị trường tiêu thụ sản phẩm.
Giao thông vận tải thuận lợi.
Cung cấp nguyên liệu và nhiên liệu dễ dàng.
Cấp thoát nước thuận lợi.
Nguồn nhân lực dồi dào.
Vị trí đặt nhà máy
Sau quá trình nghiên cứu, lựa chọn dựa trên những nguyên tắc đã nêu, em xin

chọn đặt nhà máy tại khu công nghiệp Hòa Khánh, thành phố Đà Nẵng.
Đây là một trong ba thành phố lớn nhất nước, có nền kinh tế phát triển năng

động, thi trường tiêu thụ rộng lớn, có an ninh ổn định. Hơn nữa, chính quyền thành phố
đang có những chính sách đãi ngộ đối với các nhà đầu tư, nhà máy còn có cơ hội liên
kết với dự án bên ngành y dược để cung cấp lượng kháng sinh cần thiết trong và ngoài
nước.


1.3.

Nguồn cung cấp nguyên liệu
Nguyên liệu chính để sản xuất kháng sinh penicillin là tinh bột, rỉ đường, nước

chiết ngô, ngoài ra còn có chất hóa học khác. Nguồn ngyên liệu có trong nước như tinh
bột ngô, tinh bột sắn… Đó là sản phẩm nông nghiệp chủ yếu ở nước ta hiện nay.
1.4.

Giao thông vận tải
Khu công nghiệp Hòa Khánh nằm gần quốc lộ 1A, đầu mối giao thông quan

trọng của đất nước. Thành phố Đà Nẵng có cảng Tiên Sa, có sân bay quốc tế, đó cũng
là những điều kiện giao thông hết sức thuận lợi cho nhà máy đi vào hoạt động hiệu quả.
1.5.

Cấp thoát nước
Nhà máy sản xuất penicillin cần một lượng nước lớn, lượng nước này sẽ được

cung cấp từ nhà máy nước của thành phố. Nước thải của nhà máy sau khi được xử
lý sẽ được thoát ra ngoài theo hệ thống thoát nước chung của khu công nghiệp.
1.6.

Năng lượng

Nhà máy sử dụng mạng lưới điện cùng với mạng điện của khu công nghiệp với

điện áp 220/380V. Để đề phòng mất điện, nhà máy sử dụng máy phát điện dự phòng.
Dầu cung cấp cho nhà máy được vận chuyển bằng đường bộ hoặc đường thủy.
1.7.

Nguồn nhân lực
Nhà máy xây dựng tại thành phố Đà Nẵng có dân cư đông đúc, có khả năng thu

hút nguồn nhân công đông đảo từ các tỉnh miền Trung. Do được xây dựng tại khu vực
tập trung nhiều trường đại học, cao đẳng, nhà máy có cơ hội thu hút nguồn cán bộ trẻ
năng động.
1.8.

Sự hợp tác hóa
Khu công nghiệp Hoà Khánh tập trung nhiều nhà máy thuộc nhiều lĩnh vực khác

nhau. Nhà máy sản xuất kháng sinh tại đây sẽ liên kết với các nhà máy khác nhằm
giảm được chi phí đầu tư, điện nước và dễ dàng kiểm soát ô nhiễm…
1.9.

Thiết bị
Nhà máy sẽ nhập các thiết bị chính từ nước ngoài về, còn những chi tiết đơn

giản có thể gia công trong nước.


1.10.

Nguồn tiêu thụ sản phẩm

Nguồn tiêu thụ cho sản phẩm ở đây chủ yếu hướng vào các công ty chế biến

Dược phẩm, ngoài ra còn cung cấp các công ty chế biến thuốc cho gia súc, gia cầm
và thuỷ hải sản,
Kết luận: Tất cả các điều kiện trên là cở sở thuận lợi, có tính khả thi để xây
dựng nhà máy sản xuất kháng sinh penicillin tại khu công nghiệp Hòa Khánh của
thành phố Đà Nẵng.


CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN TÀI LIỆU
2.1.
Tổng quan về kháng sinh Penicillin
2.1.1. Lịch sử phát triển của kháng sinh Penicillin

Chất kháng sinh penicillin được phát hiện tình cờ vào năm 1928: trong khi làm
vệ sinh phòng thí nghiệm của mình, Alexander Fleming đã chú ý đến một hộp petri
nuôi Staphylococcus bị nhiễm nấm mốc Penicillium notatum có xuất hiện hiện
tượng vòng vi khuẩn bị tan xung quanh khuẩn lạc nấm. Khi ông cấy nấm mốc trên
thử nghiệm lại trên một số vi khuẩn gây bệnh khác thì vẫn thấy hiện tượng tương tự
xảy ra. Từ đó ông kết luận là nấm mốc đã tiết ra môi trường một chất nhất định làm
tan vi khuẩn và ông đã sử dụng ngay giống nấm penicillin để đặt tên cho kháng sinh
này (1929). Công trình khoa học của Fleming ngay lập tức thu hút sự quan tâm chú
ý của nhiều nhà khoa học trên thế giới. Gần như đồng thời, nhiều phòng thí nghiệm
ở các nước đều triển khai nghiên cứu thu nhận penicillin và chỉ sau khoảng thời
gian ngắn các nhà khoa học Mỹ đã triển khai lên men thành công penicillin bằng
phương pháp lên men bề mặt (1931). Tuy nhiên cũng trong khoảng thời gian đó mọi
nổ lực nhằm tách và tinh chế penicillin từ dịch lên men đều thất bại do không bảo
vệ được hoạt tính kháng sinh của chế phẩm tinh chế, do đó vấn đề penicillin tạm
thời bị lãng quên. [1]
Năm 1938 ở Oxford, khi tìm lại các tài liệu đã được công bố. Ernst Boris

Chain lại để tâm đến phát minh của Fleming và ông đã đề nghị Howara walter
Florey cho tiếp tục triển khai nghiên cứu này. Chỉ sau hai năm, phòng thí nghiệm
của ông đã tinh chế được một lượng lớn penicillin, đủ để thí nghiệm trên các loại
động vật thí nghiệm và kết quả điều trị thử nghiệm đã cho kết quả mỹ mãn: ngày
25/5/1940 penicillin đã được thử nghiệm rất thành công trên chuột. [1]
Một thời gian ngắn sau đó, trong nỗ lực cuối cùng nhằm cứu sống các thương
binh bị nhiễm khuẩn rất nặng và đang ở trong tình trạng không còn cơ may sống
sót, lần đầu tiên kể từ khi phát hiện, penicillin đã được chỉ định điều trị cho người,
và cũng thật bất ngờ, kết quả điều trị này đã thành công ngoài cả sự trông đợi: chỉ
duy nhất một thương binh bị tử vong do lượng thuốc tại chỗ không còn đủ liều yêu
cầu để điều trị cho thương binh đó (1941). [1]


Nhóm nghiên cứu của Chain đã báo cáo lên chính phủ Hoàng gia Anh, nhưng
do chính phủ đang tập trung mọi nổ lực cho chiến tranh nên đã không tài trợ cho dự
án. Vì vậy, đề xuất trên được chuyển sang triển khai tiếp ở Peoria (Illionis. Mỹ).
Nhận thức được ý nghĩa to lớn của nghiên cứu này, chính quyền bang Illinois và cả
chính quyền liên bang đã xếp chương trình penicillin vào loại đặc biệt ưu tiên và
chính phủ trực tiếp đứng ra tổ chức triển khai. Nhờ vậy, chỉ sau một thời gian ngắn
người ta đã triển khai thành công công nghệ lên men chìm sản xuất penicillin
(1942); đã tuyển chọn được chủng công nghiệp Penicillium chrysogenum NRRL
1951 (1943) và sau đó đã tạo được biến chủng Penicillium chrysogenum Wis Q-176
(chủng này được xem là chủng gốc của hầu hết các chủng công nghiệp đang sử
dụng hiện nay trên toàn thế giới); đã thành công trong việc điều chỉnh đường hướng
quá trình lên men để lên men sản xuất penicillin G. [1]
2.1.2. Định nghĩa kháng sinh

Chất kháng sinh được hiểu là các chất hoá học xác định, không có bản chất
enzyme, có nguồn gốc sinh học (trong đó phổ biến nhất là từ vi sinh vật), với đặc
tính là ngay ở nồng độ thấp (hoặc rất thấp) đã có khả năng ức chế mạnh mẽ hoặc

tiêu diệt được các vi sinh vật gây bệnh mà vẫn đảm bảo an toàn cho người hay động
vật được điều trị. [2]
2.1.3. Phân loại kháng sinh Penicillin

Penicillin gồm nhiều loại chúng có cấu tạo gần giống nhau, bao gồm một vòng
thiazoldine, một vòng beta-lactam và chỉ khác nhau ở gốc R của mạch ngang. [2].

Hình 2.1: Công thức cấu tạo của Penicillin


Được phân loại theo cấu trúc hóa học như sau: [27]
-

Benzylpencillin: Penicillin G, Procaine - Penicillin, benzathine - Penicillin.
Phenoxypenicillin: Penicillin V (uống).
Penicillin kháng penicillinase (chống tụ cầu): Oxacillin, Cloxacillin,

-

methicillin, dicloxacillin, nafcillin...
Aminopenicillin: Có thể tác dụng với một số trực khuẩn Gram âm: ampicillin,

amoxicillin, metampenicillin.
- Carboxypenicillin: Tác dụng tốt trực khuẩn mủ xanh: Carbenicillin, ticarcillin.
- Ureidopenicillin: Azlocillin, mezlocillin, piperacillin.
- Loại ức chế enzym beta - lactamase: Acide clavulanic, sulbactam.
- Carbapenem: Imipenem.
2.1.4. Cơ chế tác dụng của kháng sinh Penicillin
Penicillin được xem là loại kháng sinh phổ rộng, được ứng dụng rộng rãi trong
điều trị và được sản xuất ra với lượng lớn nhất trong số các chất kháng sinh đã biết

hiện nay.
Penicillin tác dụng lên hầu hết các vi khuẩn Gram dương và thường được chỉ
định điều trị trong các trường hợp viêm nhiễm do liên cầu khuẩn, tụ cầu khuẩn, thí
dụ như viêm màng não, viêm tai-mũi-họng, viêm phế quản, viêm phổi, lậu cầu,
nhiễm trùng máu... Thời gian đầu penicillin được ứng dụng điều trị rất hiệu quả.
Tuy nhiên, chỉ vài năm sau đã xuất hiện các trường hợp kháng thuốc và hiện tượng
này ngày càng phổ biến hơn.
Giống như nhiều loại kháng sinh khác, penicillin tác dụng vào quá trình xây
dựng thành tế bào của vi khuẩn. Sinh tổng hợp thành tế bào là một trong những yếu
tố quan trọng cho sự sinh trưởng và phát triển của vi khuẩn.
Tế bào vi khuẩn được bao quanh bởi một vách tế bào có cấu tạo chủ yếu là lớp
peptidoglycan. Các vách tế bào này là rất quan trọng cho sự tồn tại của vi khuẩn. Nó
bảo vệ tế bào vi khuẩn khỏi môi trường bên ngòai và thấm các thành phần dinh
dưỡng một cách lựa chọn. Do đó ức chế con đường sinh tổng hợp các lớp
peptidoglycan của vi khuẩn sẽ gây ra hiện tượng dung giải tế bào.
Lớp peptidoglycan bao gồm các chuỗi polysaccharide có sẵn xen kẽ các
carbohydrates N-acetyl glycosamine (GlcNAc) và N-acetyl muramic acid
(MurNAc). Các chuỗi polysaccharide song song với nhau, và được nối lại với nhau
nhờ vào các cầu nối ngang peptide có chứa chuỗi gồm 5 acid amin L-Alanine-D-


glutamic acid-L-Lysine-D-Alanine-D-Alanine ở hai đầu. Liên kết hình thành giữa
MurNAc trên polysaccharide và các acid amin trên chuỗi peptide đã tạo thành một
cấu trúc như một mạng lưới.
Peptidoglycan vi khuẩn được tổng hợp nhờ vào một lọat các thành phần có ở
bên trong và bên ngoài của màng tế bào. Enzyme transpeptidase, thực hiện việc tạo
các liên kết ngang peptide ở giữa các chuỗi polysaccharide, được vi khuẩn tổng hợp
và vận chuyển ra ngoài màng tế bào. Penicillin ảnh hưởng đến họat động của
enzyme transpeptidase. [1]
2.2.

Chủng vi sinh vật Penicillium chrysogenum
2.2.1. Lịch sử tuyển chọn chủng công nghiệp P. chrysogenum

Vào những năm đầu, việc nghiên cứu sản xuất penicillin thường sử dụng các
chủng có hoạt lực cao thuộc loài P. notatum và P. baculatum. Nhưng từ khi trường
đại học Wisconsin (Mỹ) phân lập được chủng P. chysogenum có hoạt tính cao hơn
thì chủng này dần dần đã thay thế và từ khoảng sau những năm 50 của thế kỷ XX
đến nay tất cả các công ty sản xuất penicillin trên thế giới điều sử dụng các biến
chủng P. chysogenum công nghiệp. [2]
Việc tuyển chọn chủng công nghiệp để lên men sản xuất penicillin trên
nguyên tắc cũng trải qua sáu giai đoạn cơ bản là:
-

Phân lập từ thiên nhiên.
Nghiên cứu xử lý tạo các biến chủng “ Siêu tổng hợp” có hoạt lực cao.
Tuyển chọn sơ bộ.
Tuyển chọn lại thu các chủng có hoạt tính cao quy mô phòng thí nghiệm.
Thử nghiệm và tuyển chọn lại trên quy mô sản xuất thử nghiệm pilot.
Thử nghiệp và chọn lọc lại các chủng phù hợp với điều kiện lên men sản xuất
lớn công nghiệp.
Trong đó giải pháp kỹ thuật đã được áp dụng hiệu quả để thu nhận biến chủng

“ Siêu tổng hợp” penicillin lại chính là các kỹ thuật gây đột biến thường như: Xử lý
tia Rơn – ghen, xử lý tia cực tím và tạo đột biến bằng hóa chất, ví dụ như Metylbis
– amin (metyl – 2 – β – clo – etylamin), N – mustar (tris – β – clo – etylamin),
Sarcrolyzin, HNO2, Dimetylsulfat, 1, 2, 3, 4 – diepoxybutan. [1]
2.2.2. Phân loại khoa học

Giới:

Fungi

Hình 2.2: Penicillium chrysogenum


Ngành: Ascomycota
Nhánh: Pezizomycotina
Lớp:

Eurotiomycetes

Bộ:

Eurotiales

Họ:

Trichocomaceae

Chi:

Penicillium

Loài:

P. chrysogenum. [28]

2.2.3. Đặc điểm hình thái và cấu trúc hệ sợi nấm

Trong quá trình lên men, do nhiều nguyên nhân khác nhau như: do tạo bào tử,

do tự phân xảy ra trên hệ sợi, do sự phân hủy thành tế bào, do sự đứt gãy cơ học khi
kích thước sợi quá dài… Số lượng khóm sợi nấm bao giờ cũng có xu hướng tăng
lên, ngay cả trong quá trình lên men tĩnh. Trong điều kiện lên men có sục khí và
khuấy trộn, do tác dụng va đập cơ học với cánh khuấy và các chuyển động dòng
xoáy trong môi trường, một mặt sự đứt gãy hệ sợi nấm xảy ra nhiều hơn và hệ sợi
nấm bao giờ cũng có xu hướng vón cuộn lại thành cấu trúc búi sợi cuộn xoắn, được
gọi là các pellet. Trên phương diện cấu trúc pellet người ta thường phân chia chúng
thành ba dạng là:
-

Pellet xốp: là dạng pellet có phần bên trong hệ sợi cuộn thành khối chắc và

-

mịn, lớp sợi phía bên ngoài cuộn lỏng lẻo tạo thành cấu trúc xốp hơn.
Pellet chắc và mịn: có đặc điểm là phần sợi phía bên trong pellet cuộn tương
đối chặc chẽ ra đến gần sát lớp sợi phía ngoài, lớp sợi phía ngoài cùng cũng

-

cuộn đủ chăc thành lớp sợi mịn.
Pellet rỗng: là dạng pellet mà phần sợi bên trong bị tự phân tạo thành khoảng
rỗng, hệ sợi phía bên ngoài cuộn rất chặt thành lớp sợi mịn và chắc chắn.
Hiệu quả chung của quá trình lên men có quan hệ hữu cơ với số lượng , kích

thước và cấu trúc pellet nấm. Trong thực tiễn sản xuất công nghiệp, người ta thường
điều chỉnh các thông số công nghệ theo hướng ưu tiên tạo ra dạng pellet đủ nhỏ và
mịn, hạn chế tạo pellet xốp và ngăn ngừa hình thành các pellet rỗng. Điều kiện công
nghệ tương ứng với mục tiêu trên thường áp dụng là: tỉ lệ cây giống 10%, với mật
độ dịch giống (2 – 10).1011 bào tử trên m3; phối hợp điều chỉnh giữa sục khí và

khuấy trộn để đảm bảo cung cấp oxy hòa tan dư so với nhu cầu tương ứng với thời
điểm lên men, và để tạo ra pellet mịn và nhỏ (kích thước pellet thích hợp nhất
khoảng 0,2 – 0,5 mm), trong điều kiện đã cân đối với nhu cầu tiết kiệm mức tiêu tốn
năng lượng do khuấy trộn. [1]
2.2.4. Đặc điểm sinh lý, sinh hóa

Quá trình sinh tổng hợp penicillin ở nấm mốc P. chrysogenum có thể tóm tắt
như sau: từ ba tiền chất ban đầu là α – aminoadipic, cystein và valin sẽ ngưng tụ lại
thành tripeptit δ – (α – aminoadipyl) – cysteinyl – valin; tiếp theo là quá trình khép
mạch tạo vòng β – lactam và vòng thiazolidin để tạo thành izopenicillin – N; rồi
trao đổi nhóm α – aminoadipyl với phenylacetic (hay phenooxyacetic) tạo thành sản
phẩm penicillin G hay Penicillin V. [2]

Hình 2.3: Sơ đồ cơ chế sinh tổng hợp penicillin từ axit L – α – aminoadipic,
L – cystein và L – valin
2.2.5. Các yếu tố ảnh hưởng đến sinh tổng hợp kháng sinh penicillin
2.2.5.1. Ảnh hưởng của điều kiện nuôi cấy


-

Nhiệt độ: Thông số có ảnh hưởng lớn đến sự phát triển của nấm mốc, khả
năng sinh tổng hợp và năng lực tích tụ penicillin của chúng. Nhìn chung nấm
mốc phát triển thuận lợi hơn ở dải nhiệt độ khoảng 30 oC. Tuy nhiên, ở dải
nhiệt độ này tốc độ phân hủy penicillin củng xảy ra mạnh mẽ. Trong thực tế, ở
giai đoạn nhân giống sản xuất người ta thường nhân ở dải nhiệt dộ 30 oC, sang
giai đoạn lên men thường áp dụng một trong hai chế độ nhiệt là:
+ Lên men ở một dải nhiệt độ: Thường duy trì nhiệt độ trong suốt quá trình

lên men ở dải nhiệt độ 25 – 27 oC.
+ Lên men ở hai chế độ nhiệt độ: Giai đoạn lên men bắt đầu tiến hành ở
30oC cho đến khi hệ sợi phát triển đạt yêu cầu về hàm lượng sinh khối thì
điều chỉnh nhiệt độ sang chế độ lên men penicillin ở dải nhiệt độ 22 –
25oC ( có công nghệ điều chỉnh xuống 22 – 23 oC, giữ ở nhiệt độ này tiếp
hai ngày rồi chuyển sang lên men tiếp ở 25 oC cho đến khi kết thúc quá

-

trình lên men).
pH môi trường thuận lợi cho sự phát triển hệ sợi và cho quá trình sinh tổng
hợp penicillin thường dao động trong khoảng pH= 6,8 – 7,4. Tuy nhiên ở điều
kiện pH cao xu hướng phân hủy penicillin cũng tăng lên. Vì vậy, trong sản
xuất pH môi trường thường được khống chế chặt chẽ ở giá trị lựa chọn trong

-

khoảng pH = 6,2 – 6,8.
Nồng độ oxy hòa tan và cường độ khuấy trộn dịch lên men: Với nhiều chủng
nấm mốc, nồng độ oxy hòa tan thuận lợi cho quá trình sinh tổng hợp penicillin

-

dao động quanh mức 30% nồng độ oxy bão hòa.
Nồng độ CO2 trong dịch lên men ở mức nhất định cũng cần thiết cho quá trình
nảy mầm của bào tử nấm mốc, tuy nhiên nếu nồng độ CO 2 quá cao sẽ làm cản
trở quá trình hấp thu và chuyển hóa cơ chất của chủng, nghĩa là làm cản trở

quá trình sinh tổng hợp penicillin. [1]
2.2.5.2. Ảnh hưởng của thành phần môi trường lên men

Nguồn cơ chất chính: là lactoza có thể được thay thế từng phần hoặc toàn bộ
bằng các cơ chất khác như: Các loại đường hexoza, đường pentoza, disaccarit,
dextrin hay thay thế bằng dầu thực vật. Trong các cơ chất nêu trên, hiệu quả cao
hơn cả vẫn là glucoza. Ngoài ra, khi sử dụng dầu thực vật làm chất phá bọt phải xét
đến hiệu ứng nấm mốc sử dụng một phần dầu thực vật làm nguồn cung cấp thức ăn
cacbon, để tính toán điều chỉnh nồng độ glucoza trong môi trường lên men.


Nguồn cung cấp thức ăn nito: Có thể sử dụng là bột đậu tương, bột hạt bong,
các loại dầu cám. Nhu cầu về thức ăn nito cũng có thể được áp ứng bằng cách cung
cấp liên tục (NH4)2SO4, nhưng duy trì ở nồng độ thấp, khoảng 250 – 340g/l (nếu dư
thừa hiệu quả sinh tổng hợp penicillin sẽ giảm, nếu thiếu sẽ xảy ra hiện tượng tự
phân hệ sợi).
Hàm lượng các chất khoáng bổ sung: Được tính toán, phụ thuộc vào lượng
dịch chiết ngô sử dụng.
Nồng độ tiền chất tạo nhánh: Trong quá trình sinh tổng hợp penicillin, việc kết
gắn mạch nhánh của phân tử penicillin không mang tính đặc hiệu chặt chẽ. Nhờ
vậy, nếu duy trì nồng độ tiền chất tạo nhánh cần thiết phenylacetat (hoặc
phenooxyacetat) sẽ cho phép thu nhận chủ yếu một loại penicillin G trong dịch lên
men (hoặc penicillin V). Theo lý thuyết, nhu cầu về phenylacetat là 0,47g/gam
penicillin G (hoặc phenooxyacetat là 0,50g/gam penicillin V). Cần chú ý cả hai cấu
tử trên thực chất điều gây độc cho nấm nên người ta thường lựa chọn giải pháp bổ
sung liên tục cấu tử này và khống chế chặt chẽ nồng độ theo yêu cầu, để không làm
suy giảm năng lực lên men của chủng sản xuất. [1]
2.3.
Nguyên liệu tinh bột ngô
2.3.1. Thành phần nguyên liệu

Hàm lượng amiloza và amilopectin trong tinh bột ngô :
Bảng 2.1. Thành phần tinh bột ngô

Amiloza (%)

Amilopectin (%)

25

75

“ Bảng 1.1 trong giáo trình tinh bột thực phẩm”
Dạng amilozơ do các α-glucozơ liên kết với nhau bằng liên kết α-1,4-glicozit
(glucozit), nghĩa là nhóm –OH ở C số 1 của vòng α-glucozơ này kết hợp với nhóm
–OH của C số 4 của vòng α-glucozơ kia và loại ra một phân tử H 2O, và liên hai
vòng α-glucozơ bằng liên kết ete (-O-). Do đó dạng amylozơ của tinh bột có cấu tạo
mạch thẳng. [4]


Hình 2.4: Cấu trúc mạch Amilozo
Dạng amylopectin cũng do các mắt xích α-glucozơ liên kết với nhau bằng liên
kết α-1,4-glicozit và α-1,6-glicozit. Do đó amylopectin có mạch Cacbon phân
nhánh.

Hình 2.5: Cấu trúc mạch Amilopectin
Nhận xét: Tinh bột ngô có hàm lượng amiloza khá cao so với các loại tinh bột
khác, như vậy khi tạo sợi sẽ có độ dai và độ bền cao, nên tạo màng bao tốt, đồng
thời có nhiệt độ hồ hóa cao.
2.3.2. Yêu cầu nguyên liệu

Tinh bột ngô được mua ở “CTYCP chế biến tinh bột ngô THANH HÓA”. Địa
chỉ: “KCN LỄ MÔN X. QUẢNG HƯNG, TP THANH HÓA”.

Hình 2.6: Tinh bột ngô thành phẩm
Chỉ tiêu chất lượng của sản phẩm tinh bột ngô như sau:
Bảng 2.2. Bảng chỉ tiêu chất lượng của tinh bột ngô
Chỉ tiêu

Tính chất

Trạng thái, màu sắc

Bột trắng

Protein (% khối lượng)

0,33%

Độ ẩm

12%

Ph

5,4 – 6,4

SO2

11,5ppm

Độ tinh khiết

99,8%

Tro (% khối lượng)

0,14%

Chất béo (% khối lượng)

0,12%

2.3.3. Các phương pháp thủy phân tinh bột

Phương pháp thủy phân bằng axit: Trong sản xuất công nghiệp người ta
thường sử dụng dung dịch đường glucoza thủy phân từ tinh bột bằng axit hoặc
enzim. Có hai loại axit: HCl và H 2SO4. Dùng HCl thời gian thủy phân ngắn nhưng
không tách được gốc axit ra khỏi dung dịch. Dùng H 2SO4 thời gian thủy phân dài,
nhưng có thể tách gốc SO 42- ra khỏi dịch đường bằng cách dùng CaCO 3 trung hòa
dịch thủy phân.


Phương pháp thủy phân bằng enzyme: Hai loại enzyme được dùng nhiều cho
quá trình này là α-amilaza và γ-amilaza, α-amilaza có nhiệm vụ phá hủy các mối
liên kết α-1,4-glucozit của tinh bột tạo ra các sản phẩm có phân tử lượng lớn như
dextrin bậc cao, dextrin bậc thấp, mantotrioza và cuối cùng là maltoza. γ-amilaza có
tác dụng thủy phân mối liên kết α-1,4 và α-1,6-glucozit bắt đầu từ đầu không khử
trên mạch amiloza và amilopectin và sản phẩm cuối cùng là glucoza. Mỗi enzim có
pH và nhiệt độ thích hợp, pH và nhiệt độ tối ưu của mỗi loại enzyme phụ thuộc vào
nguồn gốc của nó. Trong công nghiệp người ta thường kết hợp α-amilaza bền nhiệt
với γ-amilaza của nấm mốc để thủy phân tinh bột thành glucoza. [4]

CHƯƠNG 3: CHỌN VÀ THUYẾT MINH DÂY CHUYỀN CÔNG NGHỆ
3.1.
3.1.1.

Chọn phương pháp sản xuất
Phương pháp lên men bề mặt
Được áp dụng nhiều trong thời kỳ những năm 40 – 60 của thế kỷ XX, hiện nay

hầu như không còn được triển khai trong sản xuất lớn nữa. Phương pháp lên men bề
mặt gồm hai kỹ thuật là lên men trên nguyên liệu rắn (cám mỳ, cám ngô bổ sung
đường lactoza) và lên men trên bề mặt môi trường lỏng tĩnh (phổ biết sử dụng môi
trường cơ bản lactoza – nước chiết ngô). Trong điều kiện này do đường lactoza
được nấm mốc đồng hóa chậm nên không xảy ra hiện tượng dư thừa đường trong tế
bào; dịch chiết ngô cung cấp cho nấm mốc nguồn thức ăn nitơ, các chất khoáng và
chất sinh trưởng, trong đó phenylalanine khi bị thủy phân sẽ tạo thành phenylacetic
và sẽ đảm nhiệm vai trò cung cấp tiền chất tạo mạch nhánh cho phân tử penicillin.
Khi lên men trong môi trường lỏng người ta áp dụng công nghệ bổ sung liên tục
phenylacetic vào môi trường lên men, hàm lượng bổ sung phụ thuộc nhiều vào pH
môi trường và tổng lượng bổ sung thường dao động trong khoảng (0.2 – 0.8) kg
phenylacetic/m3 dịch lên men (trong điều kiện đó lượng penicillin G được tổng hợp
ra tăng rõ rệt và hàm lượng các penicillin khác cũng giảm đi). Để hạn chế quá trình
oxy hóa tiến chất người ta thường bổ sung vào môi trường một lượng nhỏ axit
acetic (hay các hợp chất hữu cơ không no có nối đôi ở vị trí β→γ). Trong kỹ thuật
lên men lỏng gián đoạn không điều chỉnh pH, thời kỳ đầu quá trình lên men pH môi
trường thường tăng nhẹ, sau đó tương đối ổn định và vào cuối cùng quá trình lên
men thường trong khoảng pH = 6,8 – 7,4. Khi sử dụng cơ chất chính là lactoza,
người ta đã xác định được penicillin chỉ được tổng hợp và tích tụ mạnh mẽ trong
môi trường khi nấm mốc đã chuyễn sang sử dụng đường này và khi lactoza có đấu
hiệu cạn kiệt thì sợi nấm cũng bắt đầu bị tự phân. Vì vậy người ta thường kết thúc

quá trình lên men vào thời điểm sắp hết đường lactoza. [2]
3.1.2.

Phương pháp lên men chìm
Được áp dụng trong hầu hết các cơ sở sản xuất penicillin công nghiệp hiện nay

và thường được vận hành theo phương pháp lên men bán liên tục, gồm phương án
lên men gián đoạn theo mẻ có bổ sung liên tục (bán liên tục) một hay một vài cấu tử
kết hợp với phương án tuần hoàn lại một phần hệ sợi của mẻ lên men trước hoặc


không. Quá trình lên men được vận hành theo phương pháp lên men hai pha, với
pha đầu nuôi thu sinh khối trong khoảng 2 – 3 ngày, sau đó chuyển sang pha lên
men thu sản phẩm. Trong hầu hết các trường hợp người ta thay thế phần lớn hoặc
hoàn toàn đường lactoza bằng đường glucoza. Lượng glucoza này có thể được bổ
sung liên tục hay bán liên tục nhưng phải giám sát chặt chẽ nồng độ glucoza trong
suốt quá trình vận hành pha sau để duy trì nồng độ glucoza luôn ở mức thích hợp
nhằm vừa giữ khối lượng hệ sợi ổn định, vừa đảm bảo sinh tổng hợp nhiều
penicillin. Trong thực tiển, để tránh xảy ra thiếu hụt nhất thời glucoza người ta có
thể kết hợp bổ sung lượng nhỏ đường lactoza (khi đó, nếu chưa bổ sung kịp glucoza
thì nấm mốc sẽ tự điều chỉnh để sử dụng đường lactoza nên không xảy ra hiện
tượng tự phân hệ sợi). Ngoài nguồn nito trong nước chiết ngô, người ta thường sử
dụng phối hợp (NH4)2SO4 để vừa cung cấp thức ăn N và S, vừa sử dụng để điều
chỉnh pH trong quá trình lên men (pH dịch lên men ban đầu thường được điều chỉnh
về khoảng pH = 6,5 – 6,8; bằng dung dịch NaOH hoặc H 3PO4); nồng độ NH4+
thường khống chế trong khoảng 0,3 – 0,4kg/m 3 dịch lên men. Chất phá bọt thường
sử dụng là các loại dầu béo như: mỡ lợn, dầu đậu tương, dầu vừng, dầu cám… Tiền
chất tạo nhánh phenylacetic trong lên men sản xuất penicillin G được bổ sung liên
tục hoặc bổ sung gián đoạn làm nhiều lần, trong suốt thời gian pha lên men
penicillin, để duy trì nồng độ trong khoảng 0,1 – 1,0 kg/m 3 dịch (nếu ít quá nấm

mốc sẽ tổng hợp đồng thời nhiều penicillin khác, nếu quá nhiều sẽ gây độc cho nấm
và tăng cường thúc đẩy quá trình hydroxyl hóa sản phẩm penicillin). Nhiệt độ lên
men pha đầu không chế ở 30oC, sau đó sang pha sau giữ ở 22 – 25 oC. Tốc độ sục
khí và khuấy trộn được điều chỉnh để duy trì nồng độ oxy hòa tan trong dịch trong
khoảng 30%. Trong điều kiện trên thời gian lên men người ta cố gắng lọc sơm dịch
lên men, làm lạnh rồi chuyển sang công đoạn trích ly và tinh chế thu penicillin. [2]


3.2.
3.2.1.

Qui trình sản xuất kháng sinh Penicillin G
Dây chuyền công nghệ sản xuất Penicillin G
Tinh bột ngô
Hòa nước

t = 130–140oC ttg = 60 phút

Nước máy đã xử lý t=40oC

Thủy phân

HCl 16%

pH = 6,8 – 7,2

Trung hòa

Na2CO335%

Bã

Ép lọc
Pha chế dịch lên men

pH = 6,5 – 6,8

Thanh trùng (141oC)

Lactoza
Dịch chiết ngô
Các chất khoáng
Tiền chất tạo nhánh
Giống

t = 30 – 32oC
Chất chống tạo bọt
Oxy

Làm nguội

Nhân giống cấp I

Lên men

Nhân giống cấp II

Lọc tách sinh khối
pH = 2 - 2,5 t= 0 – 3oC

Than hoạt tính

Trích ly lần 1

H2SO4loãng Butylacetat

Hấp phụ màu bằng than hoạt tính

Lọc loại than
pH=7,2 – 7,5

Trích ly lần 2
Cô đặc chân không

NaHCO3/KOH


Kết tinh

Natri acetat và BuOH

Lọc và rửa tinh thể

Izopropanol

Nghiền tinh thể
Bổ sung tá chất
Tạo viên
Sấy
Đóng vỉ

Bảo quản
3.2.2. Thuyết minh dây chuyền công nghệ
3.2.2.1. Xử lí nguyên liệu

-

Hoà tan tinh bột [3]
Mục đích: Nhằm làm trương nở các hạt tinh bột nhằm dễ dàng cho quá trình

thuỷ phân.
Thông số kĩ thuật:

+ Nước máy được khử trùng
+ Nước ở nhiệt độ 40oC

Tiến hành: Dùng thiết bị hòa tan theo tỷ lệ bột/ nước là 180/350
-

Thuỷ phân [3]
Mục đích: Là chuyển toàn bộ tinh bột thành đường làm môi trường dinh

dưỡng cho vi sinh vật. Đường ở đây chủ yếu là glucoza.
Thông số kĩ thuật:

+ Tỷ lệ bột rắn ÷ nước ÷ acid = 180÷350÷165
+ Nhiệt độ 138oC

Yêu cầu của quá trình:
+
+

Dung dịch ra có nồng độ: 100oBe
pH: 1,5


+
+
+

Tổng thời gian 1 giờ
Tỷ lệ đường hóa: ≥90%
Hàm lượng đường: 28 – 35%

Tiến hành: Cho HCl vào thuỷ phân
(C6H10O5)n + n H2O

HCl

n C6H12O11

Hỗn hợp được khuấy đều. Nâng nhiệt lên 138oC trong thời gian 20 phút dưới
áp lực 2,6KG/cm2.
Thiết bị: Sử dụng thiết bị thuỷ phân không ăn mòn bởi axit HCl và chịu được
áp lực cao.
-

Trung hoà [2]
Mục đích : Nhằm trung hoà lượng acid dư và điều chỉnh pH của dịch thuỷ

phân.

Thông số kĩ thuật: pH = 6,8 – 7,2.
Tiến hành : Dùng Na2CO3 trung hoà
2HCl + Na2CO3

2NaCl + CO2 + H2O

Thiết bị : Dùng thiết bị trung hoà.
-

Ép lọc
Mục đích : Tách các phần bã và các chất không hoà tan được trong dung dịch

đường.
3.2.2.2. Pha chế dịch lên men
Mục đích : Tạo ra môi trường cho vi sinh vật sử dụng trong quá trình lên men
tạo sinh khối.
Thông số kĩ thuật môi trường lên men:
+ Dịch đường hoá 10%
+

0,04%; 0,5%; 1%; 0,1%; 0,002%; 0,004%; 0,4%

+ Lactoza 1%
+ Dịch chiết ngô cô đặc 4%
+ Tiền chất tạo nhánh 0,1%.
+ pH = 6,5 – 6,8


Tiến hành: Phối trộn giữa dịch thuỷ phân tinh bột với các thành phần như trên,
sau đó điều chỉnh pH.

Thiết bị: Thiết bị pha chế dịch lên men. [2]
3.2.2.3. Thanh trùng và làm nguội
Mục đích: Nhằm tiêu diệt các vi sinh vật có trong dịch đường hóa từ tinh bột
và dịch pha chế, đảm bảo độ vô trùng trước khi tiến hành quá trình lên men. Sau khi
thanh trùng xong cần phải hạ nhiệt độ môi trường tới nhiệt độ lên men.
Thông số kỹ thuật:
+ Nhiệt độ thanh trùng 141oC
+ Làm nguội 30 – 32oC
Tiến hành: Dịch lên men cần tiệt trùng bằng hơi, ở nhiệt độ 141 0C. Dịch được
bơm ngược chiều với hơi nước để tạo ra quá trình trao đổi nhiệt trong thiết bị trao
÷

đổi nhiệt dạng tấm. Sau đó được làm nguội xuống 30 320C.
Dùng thiết bị thanh trùng liên tục UHT.
3.2.2.4. Giống sản xuất
Biến chủng P.chrysogenum có hoạt tính kháng khuẩn cao, hoạt lực cao để sản
xuất kháng sinh penicillin. Việc tuyển chọn chủng công nghiệp để lên men sản xuất
kháng sinh penicillin trải qua các các công đoạn tuyển chọn để tìm ra chủng có hoạt
lực cao.
Giải pháp kỹ thuật hiệu quả để thu nhận biến chủng “siêu tổng hợp” penicillin
là kỹ thuật gây đột biến thường là: xử lý tia Rơn-ghen,xử lý tia cực tím và tạo đột
biến bằng hóa chất. Để nấm mốc sinh nhiều kháng sinh mà vẫn đảm bảo hệ sợi ổn
định và tạo nhiều sinh khối lượng glucose phải sử dụng 10 % và bổ sung một lượng
nhỏ lactose.
Mục đích: Quá trình lên men chìm người ta nhân giống trong môi trường lỏng.
Yêu cầu quan trọng của của công đoạn nhân giống là phải đảm bảo cung cấp
đủ lượng giống cần thiết, với hoạt lực cao, chất lượng đảm bảo đúng thời điểm cho
các công đoạn nhân giống kế tiếp và cuối cùng là cung cấp đủ lượng giống đạt các
yêu cầu kỹ thuật cho lên men sản xuất.

Trong thực tiễn, để đảm bảo cho quá trình lên men thuận lợi người ta thường
tính toán lượng giống cấp sao cho mật độ giống trong dịch lên men ban đầu khoảng
1 - 5.109 bào tử / m3.
Thông số kĩ thuật của môi trường nhân giống penicillin có các thành phần sau:
Cao ngô 2%; Glucose2%; Nitrat amon 0,125%; Kaliphotphat monoboric 0,2%;
Sunfat natri 0,05%; Sunfat magiê 0,025%; CaCO3 0,5%
Tiến hành: Giống công nghiệp P.chrysogenum được bảo quản lâu dài ở dạng
đông khô, bảo quản siêu lạnh ở 70 0C hoặc bảo quản trong nitơ lỏng. Giống từ môi
trường bảo quản được cấy chuyền ra trên môi trường thạch hộp để hoạt hoá và nuôi
thu bào tử. Dịch huyền phù bào tử thu từ hộp petri được cấy chuyển tiếp sang môi
trường bình tam giác, rồi sang thiết bị phân giống nhỏ, qua thiết bị nhân giống trung
gian ... và cuối cùng thực hiện trên thiết bị nhân giống sản xuất.
Giống

Nhân giống cấp I

Nhân giống cấp II

Môi trường được thanh trùng ở 141oC, để nguội và nhân giống. Quá trình nhân
giống được bắt đầu bằng việc chuyển giống từ ống nghiệm sang bình tam giác đã
chứa sẵn môi trường nhân giống.
Nhiệt độ trong quá trình nhân giống duy trì khoảng 26 ± 1oC và thời gian nhân
giống ở mỗi cấp độ khoảng 72 giờ. Tuy nhiên nhiệt độ này không hoàn toàn cố định
mà có sự thay đổi theo giống vi sinh vật mà ta áp dụng vào sản xuất. Khi nào ta
thấy tổng số lượng tế bào mới bắt đầu đạt được lớn nhất thì ta đưa chúng sang giai
đoạn sản xuất. [1]
3.2.2.5. Lên men
Mục đích: Thông qua các hoạt động sống của nấm mốc trong những điều kiện
thích hợp để chuyển hoá đường và đạm thành kháng sinh.

Thông số kỹ thuật: Để đảm bảo quá trình lên men đạt hiệu quả cao cần phải
khống chế các điều kiện sau :
-

Nhiệt độ nên duy trì khoảng 26 ± 1oC.

-

pH duy trì ở 6,5 – 6,8

-

Chế độ thổi khí 1.2-1.5 thể tích/lít/phút.


-

Tỷ lệ giống cấp: 10% so với khối lượng môi trường
Thời gian lên men: 144180 giờ

Xử lý dầu: Trong quá trình lên men, do hoạt động của nấm mốc và vi khuẩn,
thải ra nhiều CO2, tạo ra nhiều bọt, vì vậy cần phải dùng một lượng dầu thích hợp
để phá bọt. Sử dụng dầu lạc 0,001%.
Tiền chất tạo nhánh trong lên men được bổ sung liên tục hay gián đoạn làm
nhiều lần trong suốt quá trình lên men, duy trì nồng độ khoảng 1%. Nếu ít quá nấm
mốc sẽ tổng hợp đồng thời nhiều penicillin khác,nếu nhiều quá sẽ gây độc cho nấm
và tăng cường thúc đẩy quá trình hydro hóa sản phẩm penicillin.
Nồng độ oxy hòa tan thuận lợi cho quá trình sinh tổng hợp penicillin dao động
quanh mức 30% nồng độ oxy bão hoà. Nếu nồng độ oxy hòa tan dưới dải nồng độ
trên sẽ làm cho năng lực sinh tổng hợp penicillin của chủng giảm, đặc biệt nếu để

thiếu oxy xuống dưới mức 10% thì hoạt tính sinh tổng hơp penicillin sẽ suy giảm
mạnh và hầu như chúng mất khả năng phục hồi sớm, ngay cả khi tăng nồng độ oxy
hòa tan ngay lên mức 30%.
Tốc độ tích tụ penicillin cũng chịu sự tác động đáng kể của kiểu khuấy trộn và
cường độ khuấy trộn dịch lên men. Khuấy trộn quá mãnh liệt dịch lên men thường
kéo theo hiệu ứng tăng hàm lượng sinh khối, nhưng lại rút ngắn thời gian pha tích
tụ penicillin và có xu hướng tích tụ thêm nhiều sản phẩm không mong muốn, gây
khó khăn thêm cho công đoạn tinh chế thu sản phẩm sau này. Trong thực tế, để đảm
bảo lượng oxy hòa tan người ta thường phối hợp điều chỉnh cả hai thông số cường
độ sục khí và khuấy trộn, theo hướng đủ tạo ra viên nhỏ và mịn trong điều kiện
khuẩy trộn hơi dư ở mức cân đối với yêu cầu tiết kiệm năng lượng tiêu tốn.
Tiến hành: Quá trình lên men trong môi trường lỏng bằng phương pháp lên
men chìm để sản xuất penicillin trải qua 2 pha:
Pha thứ nhất nuôi thu sinh khối: Kéo dài khoảng 2 – 3 ngày. Trong pha này
hệ sợi phát triển rất mạnh, hay còn gọi là pha sinh khối. Trong pha này các chất
dinh dưỡng dễ đồng hóa sẽ được tế bào nấm hấp thu rất mạnh. Tốc độ sinh sản của
nấm xảy ra rất nhanh. Sự tạo thành penicillin mới bắt đầu. Ở pha này cần bổ sung
liên tục lượng glucose để hệ sợi phát triển, pellet đạt số lượng và đạt yêu cầu. Bổ
sung dầu béo để phá bọt. Nhiệt độ của pha này giữ ở 30oC.


Pha thứ hai: Hệ sợi phát triển chậm lại, pH tăng dần và đạt đến giá trị khoảng
7-7.5. Trong pha này penicillin được tạo ra với mức độ cực đại. Để penicillin tạo ra
nhiều cần bồ sung đủ lượng lactose cùng các tiền chất tạo nhánh để kích thích tạo
penicillin G. Nhiệt độ tối ưu của quá trình này là 22-25oC. [1]
3.2.2.6.

Lọc loại sinh khối

Mục đích: Penicillin là sản phẩm lên men ngoại bào. Vì vậy ngay sau khi kết

thúc quá trình lên men người ta tiến hành lọc ngay để giảm tổn thất do sự phân hủy
penicillin và giảm bớt khó khăn khi tinh chế, do các tạp chất tạo ra khi hệ sợi nấm
tự phân. Hiện tượng tự phân hệ sợi nấm thường kéo theo hậu quả làm cho dịch lọc
khó lọc hơn.
Tiến hành: Dùng thiết bị lọc hút kiểu thùng quay. Thông thường, người ta chỉ
cần lọc một lần rồi làm lạnh dịch ngay để chuyển sang công đoạn tiếp theo. Chỉ
trong những trường hợp rất đặc biệt mới cần phải xử lý kết tủa một phần protein và
lọc lại dịch lần thứ hai. Phần sinh khối tạo ra được rửa sạch, sấy khô và sử dụng để
chế biến thức ăn gia súc. [2]
3.2.2.7.

Trích ly lần 1

Mục đích: Trích ly Penicillin ở dạng axit ra khỏi dịch lên men. Với lần trích ly
đầu tiên dùng butylacetat làm dung môi. Nhằm hạn chế lượng penicillin bị phân
hủy, quá trình trích ly được thực hiện trong thời gian ngắn.
Thông số kĩ thuật:
+
+
+

Tỷ lệ dịch lọc/dung môi là 4 – 10V/1V
pH = 2,0 – 2,5
t = 0 – 3o C

Tiến hành: Dịch lên men sau khi lọc được bơm trộn đồng thời với dung dịch
loãng có bổ sung thêm chất chống tạo nhũ và bơm song song cùng với dung môi
trích ly vào trong thiết bị. Tỉ lệ dịch lọc: dung môi thường chọn trong khoảng 4 10V dịch lọc/1V dung môi. Trộn dịch và dung môi để tăng bề mặt tiếp xúc, làm như
vậy để các phân tử kháng sinh được tiếp xúc chặt chẽ với dung môi. Tiến hành
khuấy liên tục để đảm bảo quá trình này đạt được mức độ cao nhất. Sau khi tiếp xúc

giữa kháng sinh và dung môi ra kết tủa. Sử dụng butylacetat để thu nhận kháng


sinh. Quá trình trích ly được thực hiện trong thời gian ngắn, trong thiết bị trích ly
ngược dòng ở pH= 2,0 – 2,5, nhiệt độ 0-3 oC. [2]
3.2.2.8. Tẩy màu
Mục đích: Để tẩy màu và loại bỏ một số tạp chất khác, người ta thường bổ
sung trực tiếp chất hấp phụ vào dung môi chứa penicillin sau trích ly, sử dụng phổ
biến nhất là than hoạt tính.
Tiến hành: Quá trình được tiến hành trong thiết bị hình trụ, đáy chỏm cầu, bên
trong có than hoạt tính để tẩy màu dung dịch đi vào và sản phẩm đi ra. [2]
3.2.2.9. Lọc ép
Mục đích: Sau khi dùng than hoạt tính để tẩy màu thì cần tách than hoạt tính
ra để đi tái chế, còn dịch đi qua công doạn tiếp theo.
Tiến hành: Sau đó than hoạt tính được tách và rửa lại bằng sử dụng thiết bị lọc
ép khung bản. Phần than sau lọc được đem đi chưng thu hồi dung môi và xử lý hoàn
nguyên, phục vụ cho các mẻ sau. [2]
3.2.2.10. Trích ly lần 2
Mục đích: Trích ly nhằm trung hòa penicillin ở dạng axit đồng thời cải thiện
chất lượng sản phẩm tốt hơn. Quá trình trích ly lại thu dịch penicillin tinh khiết hơn.
Thông số kĩ thuật:
+
+
+

Tỷ lệ dung môi và dung dịch đệm là 1:1
Dung dịch đệm có pH = 7,2 – 7,5
Nhiệt độ trích ly 0 – 3 oC.

Tiến hành: Penicillin được trích ly ngược sang dung dịch đệm, thường dùng là

dung dịch KOH loãng hoặc dung dịch NaHCO3. [2]