TÍNH TOÁN, THIẾT kế QUÁ TRÌNH lọc MÀNG để cô đặc PROTEASE KIỀM của BACILLUS LICHENIFOMIS từ DỊCH nỗi SAU LY tâm LOẠI SINH KHỐI với CÔNG SUẤT NHÀ máy 200 tấn năm

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP THỰC PHẨM
THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
KHOA CÔNG NGHỆ SINH HỌC VÀ KỸ THUẬT MÔI TRƯỜNG

BÁO CÁO
KỸ THUẬT QUÁ TRÌNH SINH HỌC

TÍNH TOÁN, THIẾT KẾ QUÁ TRÌNH LỌC
MÀNG ĐỂ CÔ ĐẶC PROTEASE KIỀM CỦA
BACILLUS LICHENIFOMIS TỪ DỊCH NỖI
SAU LY TÂM LOẠI SINH KHỐI VỚI CÔNG
SUẤT NHÀ MÁY 200 TẤN/NĂM
Giảng viên hướng dẫn:
Th.S Nguyễn Thị Quỳnh Mai

Tp. Hồ Chí Minh, Tháng 5 Năm 2017


Phụ Lục
I. Giới Thiệu........................................................................................................... 3
II. Vật liệu và phương pháp..................................................................................... 5
a. Chủng vi khuẩn................................................................................................ 5
b. Mẫu bùn và thành phần....................................................................................6
c. Điều kiện cấy và môi trường nuôi cấy............................................................. 6
d. Lên men............................................................................................................6
e. Kỹ thuật thu hồi Protein kiềm từ lên men cơ chất............................................7
1. Ly tâm........................................................................................................... 7
2. Siêu lọc..........................................................................................................7
4. Nguồn cấp cơ chất.......................................................................................10
III.

Tính toán thiết kế quá trình lọc...................................................................... 11


I.

Giới Thiệu

ProteA là những enzym phá vỡ liên kết peptit giữa các axit amin của protein. Chúng còn
được gọi là enzyme proteolytic. Điều rất quan trọng trong việc tiêu hóa khi họ phân tích các
protein phức tạp thành các axit amin đơn giản hơn. Protein kiềm được sản xuất bởi một loạt
các vi sinh vật bao gồm vi khuẩn, nấm mốc và nấm men, actinomycetes vv…. Protease

gồm sáu nhóm, protease serine, protease threonine, protease cysteine, protease aspartate,
và các công trình metaloprotease. Trong vi khuẩn, enzym protease được sản xuất chủ yếu
là Bacillus licheniformis, B. horikoshii, B.sphaericus, B. furmis, B. alcalophilus, B.
subtilis.
Protea có nhiều chức năng và có nhiều ứng dụng công nghệ sinh học quan trọng. Đây là một
trong những nhóm enzyme công nghiệp lớn nhất và tìm thấy ứng dụng trong chất tẩy rửa (để
loại bỏ các protein khỏi vải bẩn màu, sữa, mồ hôi, cỏ vv) Trong các protease ngành công
nghiệp tơ tằm đã được sử dụng trong quy trình tẩy lụa bằng chất tẩy rửa tổng hợp, hàm ý các
chất hoạt động bề mặt không ion một phần. Trong ngành công nghiệp da (dùng để tẩy, nhổ
lông, tẩy dầu mỡ và ngâm tẩm da thuộc da sạch và xanh) da dehairing bằng enzyme dựa trên
da đã được coi là một phương pháp thay thế thân thiện môi trường với quá trình hóa học
thông thường; Trong ngành công nghiệp thực phẩm, để loại bỏ cay đắng không mong muốn
trong pho mát chín là một ví dụ về protease trong sản xuất hương vị trong thực phẩm.
Protease cũng được sử dụng để phục hồi các phần protein của động vật và cá mà nếu không
sẽ bị lãng phí sau khi giết mổ. Protea cũng được sử dụng trong điều trị da cá để sử dụng
trong công nghiệp. Trong ngành dược phẩm, nó được sử dụng để ngăn ngừa quá nhiều máu
đóng băng và làm giảm đông máu xu hướng tiểu cầu và hồng cầu. Proteases cũng được sử
dụng trong sản xuất thuốc, nơi enzyme được sử dụng như một trợ giúp cho việc tiêu hóa bởi

tuyến tụy. Ngoài ra, trong các loại thuốc sinh học, protease giúp ngăn ngừa các trường hợp
mất ngủ để tránh các hành động ma túy truyền thống, chẳng hạn như ung thư hoặc các bệnh
đa dạng phổ biến khác. Một ứng dụng chính khác là xử lý nước thải khi protease kiềm có thể
hòa tan các protein trong chất thải thông qua một quá trình nhiều bước để thu hồi các chất
lỏng có chứa nhiều chất dinh dưỡng cho cá và gia súc.
Tiến hành khảo sát thu hồi protease kiềm từ B. licheniformis ATCC 21424 cặn thải lên men
được thực hiện bằng ly tâm và siêu lọc. Tối ưu hóa các thông số siêu lọc (áp suất màng


tế bào (TMP) và nguồn thức ăn) được thực hiện với màng 10 kDa. TMP của 90 kPa và
lượng cơ chất của 714 L/h/m2 cho sự thu hồi cao nhất (83%) của enzyme từ trên bề mặt
o

ly tâm. Enzyme thu hồi đã cho hoạt động tối đa ở nhiệt độ 60 C và ở pH 10. Nó ổn định
o

giữa pH 8 đến 10 và giữ lại hoạt động 97% ở 60 C sau 180 phút ủ. Hoạt tính của enzyme
2+

2+

tăng lên đáng kể Ion kim loại như Ca và Mn . Các chất ức chế protease như
phenylmethyl sulphonyl florua (PMSF) và florophorphat diisopropyl (DFPs) ức chế hoàn
toàn hoạt tính của enzim. Protease đã được tinh chế một phần cho thấy sự ổn định tuyệt
vời và tương thích với các chất tẩy rửa thương mại khác nhau. Chất tẩy rửa loại bỏ các
vết bẩn trong máu có cùng hiệu quả với các enzyme như phụ gia.
Các quá trình lọc màng là phổ biến nhất trong lĩnh vực công nghệ sinh học, vì chúng dễ
dàng vận hành và mở rộng so với các quá trình phân tách khác như sắc ký, và điện di.Trong
số các quá trình tách màng khác nhau, quá trình lọc là một trong những quá trình có chức
năng chịu được dưới áp lực áp dụng được sử dụng chủ yếu để tách và tinh sạch các sản phẩm

bao gồm enzyme và các protein khác hoặc Để thu hồi các sản phẩm vi khuẩn (tế bào và bào
tử) có trong môi trường nuôi cấy. Do lượng enzyme thấp trong nước không có tế bào nên
việc loại bỏ nước là một mục đích chính. Siêu lọc là một kỹ thuật hiệu quả

.Phần lớn được sử dụng để thu hồi các enzyme, là một giải pháp thay thế tối ưu. Quá
trình tách ly áp lực này không tốn kém và cũng cho kết quả đáng mong muốn với ít làm
mất đi hoạt tính của enzyme. Quá trình này tập trung cả hai vấn đề nồng độ và tinh sạch.
Tuy nhiên, việc áp dụng các quá trình lọc màng nói chung có một số vấn đề cụ thể
như tắc nghẽn màng lọc hoặc do các kết tủa tạo thành bởi sản phẩm cuối cùng và lắng đọng
các hạt rắn trên màng. Nếu dòng chất lỏng chảy vào màng lọc tế bào lớn hơn dung môi đi
qua màng lọc tế bào, chất tan tích tụ trên bề mặt màng tế bào, sự tích tụ này tạo thành nồng
độ được gọi là phân cực nồng độ. Sự luân chuyển tiếp tuyến là cơ chế hoạt động mạnh mẽ và
thuận lợi hơn so với các quá trình bình thường vì sự tiếp xúc tiếp tuyến sẽ giảm đáng kể độ
bẩn của màng. Sự tắc nghẽn hoặc bẩn thường có thể được giảm bớt hoặc khắc phục bằng
cách xử lý bằng các chất tẩy rửa, proteases, axit hoặc kiềm. Trên thực tế, quá trình siêu lọc đã
được sử dụng để thu hồi các hợp chất hữu cơ từ một số phương tiện tổng hợp. Các enzyme
công nghiệp thương mại quan trọng chiếm 60% tổng lượng enzyme bán ra với hai phần ba
proteases được sản xuất từ các vi sinh vật. Các enzyme từ vi khuẩn đang thay thế các chất
xúc tác hóa học.Trong sản xuất hóa chất, thực phẩm, hàng da, dược phẩm,và hàng dệt may.
Trong số các proteases, protease kiềm được sử dụng chủ yếu như chất tẩy rửa do khả năng
đặc biệt để hấp thu các vết bẩn protein như máu, sô cô la và sữa. Hiện nay, dựa trên protease
kiềm chất tẩy rửa được ưa thích hơn các chất tổng hợp, chất tẩy rửa thông


thường, vì chúng có đặc tính làm sạch tốt hơn,có hiệu quả cao hơn ở nhiệt độ giặt thấp hơn
và an toàn hơn. protease được sử dụng trong chất tẩy rửa phải có mức độ hoạt động cao và
ổn định trong một phạm vi rộng của pH và nhiệt độ. Một trong những nhược điểm chính là
sự không ổn định của enzym hồi phục từ chất lạnh ở pH kiềm là các enzym ưa kiềm mang lại
ổn định trên phạm vi pH rộng nhưng .Nói chung là nó không bền với nhiệt. Vì vậy, proteases
luôn có nhu cầu với tất cả các tính chất mong muốn để trở nên hoàn hảo

.Với điều kiện áp dụng và cũng cần phải kiểm tra sự ổn định của enzyme ở nhiệt độ cao
và pH.Các ứng dụng của protease cho các ngành công nghiệp tẩy rửa cần tập trung và
tinh sạch enzyme để sửa đổi với chất tẩy rửa dể có được hiệu suất tốt trong quá trình lưu
trữ và ứng dụng tốt hơn. Enzyme này sạch hơn khi môi trường đơn giản và xác định như
trong môi trường chứa cặn, Enzym lên men chứa nhiều cặn khác và các loại khác tạp
chất, do đó enzym phải được làm sạch và nồng độ phải ổn định để có được hoạt tính cao
hơn.Một lượng lớn cặn thải đô thị đã được tạo ra ở Canada. Do tăng dân số và phát triển
khác quản lý cặn thải đang trở thành một điều quan trọng vấn đề môi trường do các quy
định nghiêm ngặt về xử lý cặn. Vì vậy, sự biến đổi sinh học từ cặn thải thành sản phẩm
giá trị cao là phương pháp tiếp cận kinh tế và sinh thái.Việc sử dụng cặn thải để sản xuất
protease kiềm từ Bacillus licheniformis đã thành công đạt được trong phòng thí nghiệm.
Mục đích của nghiên cứu này là để thu hồi và làm giàu sản phẩm protease kiềm từ lên
men cặn thải bằng kỹ thuật siêu lọc. Hoạt lực của enzyme được kiểm tra trong sự có mặt
chất tẩy rửa thương mại tiêu chuẩn và enzyme đã được đặc trưng liên quan đến sự tác
động của các chất phụ gia khác nhau chẳng hạn như chất ổn định và chất ức chế ổn định
ở mức cao hơn nhiệt độ và độ pH kiềm.


II.

Vật liệu và phương pháp

a. Chủng vi khuẩn
Bacillus licheniformis strain ATCC21424
đã được sử dụng trong nghiên cứu này. Một môi
trường nuôi cấy hoạt tính được duy trì bằng
cách nuôi cấy trên môi trường thạch dinh dưỡng
(thành phần: 0,3% chiết xuất thịt bò, 0,5%
peptone, và 2% agar) và ủ ở 35 ° C trong 48 giờ.

o

Các đĩa được bảo quản ở nhiệt độ 4 C để sử
dụng sau này.


b. Mẫu bùn và thành phần
Các mẫu cặn thứ cấp
của nước thải thu được từ
nước thải đô thị việc xử lí
Cộng đồng Urbaine de
Quebec (CUQ, Que-bec) đã
được sử dụng. Các thí
nghiệm được tiến hành ở
nồng độ chất rắn của cặn lơ
lửng từ 30 g / L. Cặn được ly
tâm để có nồng độ chất rắn lơ
lửng cao hơn(30 g / L). Các
đặc tính của cặn được đo
theo các phương pháp chuẩn
và thành phần bùn được trình
bày trong Bảng 1

c. Điều kiện cấy và môi trường nuôi cấy
Sự phát triển của vi khuẩn từ đĩa thạch dinh dưỡng được sử dụng để cấy một dung
dịch Erlenmeyer 500 mL có chứa 100 mL nước dùng đã được khử trùng (thành phần:
0,3% chất chiết suất từ thịt bò và 0,5% peptone) (khử trùng ở 121 ° C trong 15 phút)
o

Được ủ trong một máy lắc New Brunswick) ở 35 C với 220 vòng / phút trong 12 giờ. 500

mL Erlenmeyer có chứa 100 mL cặn khử trùng sau đó được cấy với 2% (v/v) chủng từ
trên yêu cầu trên. Các câu hỏi được ủ các bình cấy trong 12 giờ và các tế bào đang phát
triển tích cực đã được sử dụng như là giống cấy cho các thí nghiệm lên men.


d. Lên men
Một máy lên men (Biog'enie Inc, Quebec) có công suất 15 L được trang bị phụ kiện
và điều khiển tự động với hệ thống oxy hòa tan, pH, chất chống oxy hoá, tốc độ cánh quạt,
tốc độ và nhiệt độ và tốc độ làm việc của cặn 10 l được bổ sung 1,5% (w/v) đậu nành và
o

1,5% (w/v) lactose (khử trùng ở 121 C trong 30 phút) Được sử dụng để sản xuất protease
kiềm cực ngoại bào. Môi trường được tiêm bằng thuốc tiêm 4.5% (v/v). Nhiệt độ và độ pH


o

của môi trường lên men được kiểm soát ở 35 C và 7.5, tương ứng. Nồng độ oxy hoà tan
được duy trì ở mức bão hòa trên 20% (1,56 mg O / L) (nồng độ oxy quan trọng) bằng cách
khuấy trung bình ban đầu ở tốc độ 200 vòng / phút và cuối cùng tăng lên đến 500 rpm và tốc
độ dòng không khí được điều khiển tự động bằng hệ thống điều khiển bằng máy tính. Nước
dùng lên men được lấy vô trùng trong chai HDPE (VWR Canlab,Canada) sau 42 giờ lên men
và niêm phong bằng paraffin và bảo quản ở 4°C để sử dụng tiếp.

e. Kỹ thuật thu hồi Protein kiềm từ lên men cơ chất
1. Ly tâm
Nước dùng lên men được ly tâm ở tốc độ 9000xg trong 30 phút theo thủ tục của
Brar và cộng sự. Các dịch nổi sau khi ly tâm của lên men nước canh được thu thập và bảo
quản ở nhiệt độ 4 ° C.
2. Siêu lọc

Nguyên tắc hoạt động và rửa bộ lọc. Thiết bị được sử dụng cho siêu lọc là loại lọc
tiếp tuyến (PREP / SCALE-TFF, Cartridges Millipore) với ống tuần hoàn. Ống chảy được
bơm tiếp tuyến dọc theo bề mặt của màng. Áp lực đã được áp dụng để ép một phần của
chất lỏng thông qua màng để thấm qua bên màng.Các dịch nổi trên bề mặt từ máy ly tâm
đã được đưa vào siêu lọc.Thiết bị này chạy bằng máy bơm (Casy Load, Master Flex,
Millipore). Các dịch nổi trên bề mặt đã
được đưa đến nhiệt độ phòng (25°C) để
tiến hành đo cực tím. Quá trình này bao
gồm việc vô trùng một thể tích (1L) của
chất nổi từ kích thước màng. Các màng có
trọng lượng phân tử (MWCO) là 10 kDa
và 100 kDa đã được sử dụng trong nghiên
cứu này (Millipore, ống lọc xoắn TFF-1).
Màng tế bào được tạo thành từ cellulose
tái sinh và có trong dạng xoắn ốc TFF-1
mô đun PLCC với diện tích bề mặt là 0,1
m. Dịch nổi được truyền qua màng 100
kDa để loại bỏ tất cả các tạp chất cặn khác
và nước cuối cùng đã được thu thập như là
nguồn enzym để mang tối


ưu hóa nghiên cứu bằng cách sử dụng màng 10 kDa. Nồng độ enzyme được sử dụng để
mô tả đặc tính. Các đặc tính của màng được trình bày trong Table 2. Tối ưu hóa các thông
số của siêu lọc. Áp suất màng và lưu lượng dòng cơ chất là thông số quan trọng được
kiểm soát trong quá trình siêu lọc. Để tối ưu hóa, thí nghiệm được thực hiện với các giá
2

trị khác nhau của TMP (70 - 110 kPa) và lượng cơ chất (455 - 2500 L/h/m ). Trong một
quá trình siêu lọc điển hình, dòng chảy thấm thấp dẫn đến nồng độ cao trong các chất

thấm tích lại. Các mẫu được thu hồi để xác định chất rắn lơ lửng, tổng chất rắn, hòa tan
protein, và hoạt động protease trong chất thấm tích lại và chất thấm qua.

Bước ly tâm được xem như là bổ xung cơ chất thông qua màng tế bào để tập trung các thành
phần hoạt động vào một thể tích tập trung gọi là "chất thấm ti ć h lai""̣ chiếm 18% khối lượng
của bề mặt. Dòng chảy trên bề mặt thu được bằng máy bơm có lưu lượng dao động từ 45.5
L/h đến 250 L/h, tạo ra lưu lượng dòng cơ chất thông qua màng trong khoảng 455 L/h/m và
2500 L/h/m. Đối với dòng chảy của chất thấm qua, nói chung nó phụ thuộc vào TMP và điện
trở của màng. Sau khi siêu lọc, sự thẩm thấu và chất thấm tich ́ laịđược thu thập theo yêu cầu.
Lấy mẫu trên bề mặt, chất thấm tich ́ lai,"̣ và chất thấm qua đã được thực hiện để đo kích thước
vật lý và các thông số sinh học (tổng chất rắn, chất rắn lơ lửng, protein hoà tan, và hoạt tính
protease). Sau mỗi lần vận hành siêu lọc, chất lỏng trong màng đã được thoát hoàn toàn. Môi
trường sử dụng trong nghiên cứu này là môi trường sinh học, nên sử dụng dung dịch kiềm
(0,1 N NaOH). Dung dịch kiềm được truyền qua màng cho đến khi màng lọc được sạch. Sau
đó, màng đã được lấy ra và đảo ngược để tạo điều kiện rửa hoàn toàn. Độ bền của màng có
thể được xác định bằng "trọng lượng thấm bình thường" (NWP) do hiệu suất của màng phụ
thuộc vào NWP. Trong thực tế, trong quá trình sử dụng màng, giá trị của NWP giảm xuống,
và khi giá trị nằm giữa 10% và 20% giá trị ban đầu (màng mới, NWP của màng mới nên
được coi là 100%), thì màng nên được thay đổi. Trước khi chạy cực nhanh, phải xác định
NWP để kiểm tra sự chịu đựng của màng.


3. Áp suất qua màng (TMP)
TMP là chức năng của áp lực của chất thấm ti ć h laịvà của cơ chất được điều chỉnh
bằng máy đo áp lực để có được các giá trị khác nhau của TMP. Các giá trị TMP khác
nhau được kiểm tra từ 70 kPa đến 110 kPa để có được giá trị TMP tối ưu. Hoạt tính
protease, protein hoà tan, tổng chất rắn và chất rắn lơ lửng trong chất thấm ti ́ch laịđược
trình bày trong hình 1 và 2. Tất cả những
giá trị này (hoạt tính protease,
protein hòa tan, tổng chất rắn và

chất rắn lơ lửng) không thể phát
hiện được trong quá trình thẩm
thấu khi kích thước của các
proteaza kiềm nằm trong khoảng
20-30 kDa Lớn hơn MWCO của
màng 10 kDa. Adjalle et al. (25
kDa và 30 kDa) trong quá trình
thu hồi thuốc trừ sâu là lớn hơn
MWCO của 5 KDa màng. Hoạt
tính protease cao hơn (69
IU/mL), protein hoà tan (7.8
mg/mL), tổng chất rắn(12 g/L)
và chất rắn
lơ lửng (2.7 g/l) thu được với 90 kPa trong số tất cả các giá trị TMP khác được sử dụng.
Tất cả các thành phần thử nghiệm được cô đặc đến 4,5 lần trong chất thấm tich ́ laịhơn so
với giá trị ban đầu của họ (dịch nổi) (Table 3). Thực tế là hoạt tính protease không thể
phát hiện trong tất cả các chất qua qua màng .

Vì vậy, 83% hoạt tính protease đã được thu hồi với TMP với 90 kPa. Vì vậy, rõ ràng
là một số protease đã bị mất như là cặn vản trên màng và trong ống. TMP cao hơn hoặc thấp
hơn 90 kPa là Kết quả là giá trị thấp hơn của hoạt tính protease, protein hoà tan, tổng chất
rắn và chất rắn lơ lửng. Điều này có thể là do khi TMP thấp hơn giá trị tối ưu, áp suất


dòng cơ chất có thể không được thoả mãn để truyền dung dịch qua màng hiệu quả và mất
mát của các thành phần có thể đã xảy ra trong ống hoặc trên bề mặt màng. Khi TMP cao,
áp suất cao này đã tạo ra bọt trong màng siêu mịn được giữ lại trong ống và cuối cùng là
các thành phần bị mất trên màng và trong các ống có thể ở dạng bọt vì chúng không thể
giữ lại trong dung dịch thấm qua màng hoặc trong chất thấm tich ́ laị. Dòng của chất tan
trên các màng chắc chắn dẫn đến sự tắc nghẽn của một số các lỗ lọc, tạo thêm bề mặt để

hấp phụ và kết dính. Vì các điều kiện được yêu cầu để thu hồi các protein còn nguyên
vẹn, nên sẽ loại bỏ / thu hồi các protein này. Các cơ chế khác nhau có thể tạo ra những
tổn thất này thông qua màng siêu lọc, vì một số thành phần mẫu gần với MWCO của
màng.Nguyên nhân chính gây mất protein enzyme thông qua màng tế bào là sự phân bố
kích thước lỗ rỗng, trong khi lực cắt cũng có thể đóng góp bằng cách tạo ra các mảnh nhỏ
hơn. Theo nguyên lý siêu lọc, dòng chảy tối thiểu của chất thấm qua màng sẽ dẫn đến tổn
thất tối thiểu hoặc không mất chất tan (protease trong bối cảnh hiện tại) trong của chất
thấm qua màng và sẽ cho nồng độ cao trong chất thấm tich ́ laị. Luồng tối thiểu của chất
thấm qua màng có thể thu được với một giá trị tối ưu của TMP. Adjalle et al. ghi nhận
TMP 90 kPa và 100 kPa là những giá trị tối ưu cho sự thu hồi từ nước thải công nghiệp
tinh bột và môi trường cặn thủy phân nhiệt. Các nhà nghiên cứu khác báo cáo rằng 20
kPa là tốt nhất cho việc tách protease kiềm serine từ protease trung tính và amylase và
100 kPa cho việc tách proteaza kiềm serine từ các axit amin hữu cơ và. TMP tối ưu là
khác nhau đối với các trường hợp khác nhau và có thể là do các đặc tính lưu biến và các
thành phần khác có trong mẫu thức ăn.


4. Nguồn cấp cơ chất
Hoạt tính protease, protein hòa tan, tổng chất rắn
và chất rắn lơ lửng so với các dòng thức ăn khác nhau ở
TMP là 90 kPa đã được trình bày trong Hình 3 và 4. Sự
khác nhau giá trị dòng chảy thức ăn giữa 455 L/h /m và
2500 L/h/m được sử dụng bằng cách giữ lưu lượng nước
ở tốc độ từ 45,5 L/giờ (tốc độ thấp nhất) đến 250L/h (tốc
độ cao nhất). Trong quá trình tối ưu hóa nguồn cấp dữ

liệu cho mỗi giá cơ chất, áp suất chất thấm tich́ laịđược
điều chỉnh để duy trì TMP tương tự là 90 kPa. Lượng cơ
chất của 714 L/h/m cho giá trị cao nhất của hoạt động
protease, protein hoà tan, tổng chất rắn, và chất rắn lơ

lửng trong chất thấm tích laịtrong số tất cả các nguồn


thức ăn được sử dụng. Tất cả các giá trị này không thể phát hiện trong tất cả các thấm như đã
giải thích trước đó. Hoạt tính protease, protein hoà tan, tổng chất rắn, và chất rắn lơ lửng
được cô đặc gấp 4,5 lần so với giá trị ban đầu của chúng (trên bảng 3) .81% polytexturease
(trong điều kiện hoạt động) được thu hồi trong chất thấm tich ́ laịở lượng cơ chất 714 L/H/m.
Không có protease nào được phát hiện trong của chất thấm vì hầu hết protease đã được thu
hồi trong chất thấm tich́ laịvà một số của protease có thể bị mất đi khi lắng đọng trên màng tế
bào. Liet al. Báo cáo rằng độ tinh khiết của protease đã tăng lên gấp 10 lần với tốc độ 360
L/h trong khi tách protease từ lá lách ngựa vàng bằng siêu lọc, và Adjalle et al. Báo cáo 550
L/h/m và 720 L/h/m là giá trị tối ưu cho các thành phần (protein tinh thể, protease, vv) từ
nước thải của ngành công nghiệp tinh bột và môi trường cặn thủy phân.

Hoạt tính protease, protein, tổng chất rắn, và nồng độ chất rắn lơ lửng đã giảm với
2

giá trị cơ chất cao hơn (1250, 1667 và 2500 L/h/m ). Sự giảm này có giá trị nguồn cơ
chất cao do thực tế là chất lượng cao đó có thể làm giảm chất lượng sản phẩm do sự phát
sinh của sự nhiễu loạn điện tử. Hơn nữa, sự nhiễu loạn cao hơn có thể gây ra bọt trầm
trọng trong luồng chất thấm tich ́ laịsẽ tạo ra một chân không và làm giảm thêm lượng
dòng dưới giá trị tối ưu; Do đó, quản lý hiệu suất tổng thể của hệ thống siêu lọc. Sự dao
động trong đơn vị lọc do lượng cơ chất cao hơn có thể gây ra sự tạo mùi do protein
(enzyme và các protein hòa tan khác) trong môi trường.
➢

Qua các thí nghiệm cho thấy Sự thu hồi của protease kiềm sử dụng quá trình
2
siêu lọc với áp suất màng lọc tối đa là 90 kPa và lượng cơ chất là 714L/h/m
cho thấy một sự thu hồi của 83% hoạt động protease. Protease từ B.

licheniformis ATCC 21424 là enzyme kiềm alkaline có khả năng chịu nhiệt.


III.

Tính toán thiết kế quá trình lọc

Mục đích: Loại bỏ dung môi và phân tử có kích thước nhỏ hơn enzyme, enzyme
thu hồi ở phần trên màng lọc
-

Lưu lượng dòng qua màng: Jv = 714L/h/m
Kích thước lỗ lọc là 10kDa
Vận tốc dịch lọc là V = 6 L/S

Chênh lệch áp suất ΔP = 90kPa = 90000 N/m

2

2

Thể tích dòng đầu vào = thể tích pha trích = Vt = 2500 lít
-

Cho khối lượng enzyme đầu vào 800 kg => Nồng độ enzyme đầu vào là:


-3

Cf = m/Vf = 800/2500*10 = 320 kg/m

-

3

Khối lượng enzyme ra 294.4 kg (cho 8% thất thoát)
Thể tích dịch không qua màng bằng thể tích đưa vào thiết bị sấy
Thể tích enzyme đưa vào sấy là:
V = 320*90/95 = 303.15 lit

-

Thể tích đưa vào thiết bị sấy bằng thể tích dịch enzyme sau siêu
lọc: Vr = 303.15 lit

-

Thể tích dịch qua màng là:
Vp= Vf – Vr = 2500 – 303.15 = 2196.85lit

-

Nồng độ enzyme đầu ra là:
-3

Cr = m/Vr = 294.4/303.15*10 = 971.14 kg/m
-

3

Thời gian lọc là X giờ

3
Để đạt năng suất 200 tấn/năm thì mỗi ngày phải đạt 631kg (0.65 m )
Lưu lượng dòng ra là:
➢ X = 11.2 (tiếng)
-3

-

3

Lưu lượng dòng vào là: Qf = Vf/t = 2500*10 /11.2/24 = 5.357 m /ngày
Phương trình cân bằng vật chất:
Qf.Cf = Qp.Cp + Qr.Cr
Qf = Qp + Qr
3

Qp = Qf – Qr = 5.357 – 0.65 = 4.707 m /ngày
Ta có: Jv = Qp/A
➢

❖

-3

A = Qp/Jv = 4.707/(714*10 *24) = 0.275 m

2

2

Vậy thiết bị siêu lọc có kích thước lỗ lọc là 10kDa, diện tích 0.275 m hoạt
động với thời gian là 11.2 tiếng/ngày.