CHƯƠNG 8 THIẾT BỊ VẮT, TRÍCH LY, TINH CHẾ CÁC SẢN PHẨM THU NHẬN TỪ PHƯƠNG PHÁP TỔNG HỢP VI SINH Danang University of Science & Technology 8. Nhiệm vụ của SX thuộc lĩnh vực CNSH là dùng VSV để sản xuất ra 3 loại sản phẩm như sau: • Các tế bào VSV ở trạng thái sống như: VK cố định đạm Rhizobium Azotobacter, VK điều trị tiêu chảy Bacillus Subtilis, VK làm phân vi sinh B.megatherium, nấmn m men bánh mì Saccharomyces Cerevisiae, v. hoặc trạng thái chết để làm nguồn protein như Candida Utilis, các loại vi tảo, v. • Các sản phẩm trao đổi chất sơ cấp và thứ cấp.
Để thực hiện được nhiệm vụ đó cần phải giải quyết 2 vấn đề sau: • Kỹ thuật lên men. • Kỹ thuật thu hồi sản phẩm sau lên men và chế biến thành các dạng thương phẩm, nghiên cứu các điều kiện trích ly, tinh chế nhằm thu được các chất có hoạt tính sinh học dạng tinh khiết. Cần lưu ý là các chất có hoạt tính sinh học thường không bền với các điều kiện nhiệt độ, pH và các yếu tố vật lý khác. Điều kiện và phương pháp nuôi cấy VSV: Các chế độ sinh tổng hợp cần được thiết lập sao cho các sản phẩm cần thu nhận có nồng độ cực đại, còn nồng độ của các tạp chất là tối thiểu.
Khi sản xuất các chế phẩm có hàm lượng các cấu tử không cao thì quá trình cô đặc được thực hiện là chủ yếu, không cần tách sinh khối bằng con đườngng h hấp p và ssấy y các môi tr trường ng lên men. Khi thu nhận các chất chuyển hóa dạng tinh thể có mức tinh thể cao thì sự tách sinh khối và tạp chất rắn khỏi dung dịch là giai đoạn đầu tiên để gia công chất lỏng canh trường. THIẾT BỊ ÉP • Mục đích sử dụng: Để tách phần chiết ra khỏi bã, người ta sử dụng máy ép kiểu vắt. Khi vắt, chất lỏng tự do dễ dàng tách khỏi phần khô.
• Yêu cầu của thiết bị: Hiệu suất chiết cao, trong nước chiết chứa càng ít phần rắn thì càng tốt. • Nhược điểm: Dùng phương pháp ép không thể tách hoàn toàn phần chiết, trong bã luôn luôn còn lại một lượng chất chiết. • Máy ép để vắt được chia thành 2 nhóm: Máy ép cơ học tác động tuần hoàn và máy ép tác động liên tục. Máy ép cơ học tác động tuần hoàn có các loại như tác động thủ công, loại truyền động cơ học và sức ép bằng thủy lực, loại khí động học.
Nhược điểm của loại máy ép này là năng suất không cao, kích thước lớn nên ít được dùng trong công nghiệp. Máy ép tác động liên tục có các loại như vít tải, băng tải, máy ly tâm và trục quay. Loại máy ép này có tiến bộ và hoàn thiện hơn vì có thể cơ khí hóa và tự động hóa quá trình hoạt động. • Khi sản xuất enzim ở quy mô công nghiệp, người ta hay sử dụng máy ép 2 vít để vắt bã củ cải, bã dầu sinh học, malt, v.
Máy ép hai vít 1-Điều chỉnh bằng thủy lực; 2-Giá đỡ; 3-Côn điều chỉnh; 4-Nắp; 5-Xilanh; 6,8-Vít; 7-Trục; 9-Phễu chứa; 10-Vỏ thiết bị; 11-Truyền động; 12-Động cơ; 13-Bệ máy; 14, 15, 17, 20-Các đoạn ống; 16-Bộ phận thu góp; 18-Đai; 19-Tang quay • Hai vít quay ngược chiều và nằm bên trong xilanh đột lỗ. Hai vít vừa làm nhiệm vụ vận chuyển bên trong xilanh, vừa làm nhiệm vụ ép. • Vít ép được gắn chặt trên trục. Đường kính trục tăng lên theo mức độ đến gần khoang áp suất.
• Côn điều chỉnh sẽ dịch chuyển theo tang quay được g n trên trục. gắn M c độ vắt tr c. Mức v t bã phụ ph thuộc thu c vào kích thước khe hở giữa côn và xilanh. • Vít tải chuyển bã từ phễu chứa vào vít ép rồi vào khoang áp suất.
Bã sau khi ép được thải ra qua khe hở giữa côn và xilanh, chất lọc qua lỗ lọc trong xilanh theo các đoạn ống vào thùng chứa. Máy ép 1 vít Ứng dụng: Hạt đậu Thịt gia súc, gia cầm Ngô sau khi tách loại Cà rốt xương Lá cải xanh Dưa leo Trái cây Hành Các loại rau Spinach Các loại quả có múi Phân bón Khoai tây Ưu điểm: • Giảm khối lượng và thể tích của môi trường rắn. • Dễ tháo sản phẩm và vệ sinh thiết bị • Tiết kiệm diện tích nhà xưởng • Độ ẩm m của c a nguyên liệu li u có thể gi m đượcc th giảm 50%. • Thiết kế và vận hành đơn giản, dễ thay thế thiết bị và chi phí vận hành rẻ.
MÁY TRÍCH LY • Khái niệm: Quá trình tách các chất có thành phần phức tạp chứa 1 hay nhiều cấu tử bằng dung môi gọi là trích ly. • Mục đích sử dụng: Để tách enzim ra khỏi canh trường nấm mốc được nuôi cấy bằng phương pháp bề mặt, tách monosaccarit từ pha rắn sau khi thủy phân polysaccarit, tách lipit từ sinh khối nấm men, v. • Để trích ly các chất hoạt hóa sinh học, người ta sử dụng các bộ trích ly tác động tuần hoàn hay liên tục. Bộ trích ly tác động tuần hoàn có hiệu suất không cao nên chỉ ứng dụng trong những phân xưởng SX có quy mô nhỏ.
Bộ trích ly tác động liên tục gồm các ống khuếch tán, các bộ khuếch tán, máy tách dạng cột kiểu nằm ngang hay đứng, các máy tách dạng roto, v. • Mục đích sử dụng: Các bộ khuếch tán ứng dụng để chiết enzim từ canh trường nuôi cấy nấm mốc. • Cấu tạo và nguyên tắc hoạt động của bộ khuếch tán: Hình 8. Bộ khuếch tán 1-Ống khuếch tán; 2-Dòng chảy của nước chiết; 3-Vít để tải canh trường của nấm mốc; 4-Ống cung cấp nước để khuếch tán; 5-Ống thu nhận nước chiết; 6-Khớp tháo; 7-Thùng chứa nước chiết; 8-Vít tải; 9-Dẫn động vít tải; 10-Dòng thải • Bộ khuếch tán gồm từ 8 - 10 ống khuếch tán được lắp trên một mặt phẳng chung.
Tất cả các bộ khuếch tán được thống nhất hóa. • Phần dưới nón của ống khuếch tán có ống nối để nạp nước vào khuếch tán, nạp hơi để tiệt trùng thiết bị, để tháo nước rửa và bã sinh học. • Phần xilanh của ống khuếch tán có khớp nối để lấy nước chiết. Các khớp nối ở dưới đều có van 3 cửa để tháo phần chiết vào ống khuếch tán tiếp theo hoặc vào ống dẫn để xả.
• Các van được phân bổ sao cho bất kỳ ống khuếch tán nào cũng có thể ngừng hoạt động mà không ảnh hưởng đến bộ khuếch tán. • Các ống khuếch tán được kết hợp một cách liên tục, dịch được trích ly từ phần trên của ống khuếch tán trước đó cho vào phần dưới của ống tiếp theo. • Nguyên tắc hoạt động: • Thời gian chiết trong mỗi ống khuếch tán là 30-45 phút, thời gian chung của cả quá trình là 4-6h. • Động lực của quá trình khuếch tán là gradient nồng độ các chất trong dung môi.
Nên để tăng cường quá trình, cần giữ hiệu nồng độ cực đại bằng cách tăng thể tích tương đối của dung môi, hạn chế sự chảy rối và tăng trao đổi khối. • Để thu nhận các phần chiết có nồng độ cao cần sử dụng phương pháp ngâm chiết hợp lý. Phần trích ly được tuyển ban đầu cho vào rửa phần canh trường mới, còn ngâm chiết canh trường được sử dụng bởi các phần chiết có nồng độ thấp và sau đó bằng H2O. • Trong quá trình trích ly các chất trương nở, khối lượng và thể tích chiếm chỗ tăng, do đó xảy ra hiện tượng vắt dần sản phẩm nằm giữa các lưới.
• Ưu điểm của phương pháp: Có khả năng thu nhận nước chiết enzim có nồng độ cao. • Nhược điểm của quá trình: Trong nước chiết không những có chất cần tách mà còn có các chất hòa tan khác, chủ yếu là đường, muối, axit amin và các chất không hoạt hóa khác. Máy trích ly dạng vít đứng tác động liên tục • Mục đích sử dụng: Trong các xí nghiệp thuộc lĩnh vực CNSH, thiết bị này được dùng để trích ly enzim, axit amin và các chất khác từ vật liệu rắn trong quá trình sản xuất lớn. • Cấu C u ttạo ho t động: o và nguyên ttắcc hoạt ng: Hình 8.
Thiết bị trích ly kiểu vít tải 1-Dẫn động; 2-Khớp nối; 3-Cấu trúc kim loại; 4- Cơ cấu nạp liệu; 5-Vít nạp liệu; 6-Vỏ; 7-Điểm nút tựa ổ bi; 8-Khớp nối; 9-Dẫn động vít tải; 10- Khung đỡ;; 11,15-N 11,15-Nắp; p; 12-Vít trung gian; 13-Vít nâng 14-Cơ cấu tháo liệu; 16-Gối tựa vít đứng; 17-Ngõng trục • Thiết bị gồm 3 cột: Nạp liệu, dỡ liệu kiểu nâng và nằm ngang. Bên trong mỗi cột có vít đột lỗ. • Bộ nạp liệu kiểu vít tải chuyển pha rắn của canh trường nấm mốc vào phần trên của cột nạp liệu. Vít đột lỗ chuyển tiếp xuống phía dưới và qua phần nằm ngang của cột để vào cột nâng.
Canh trường nấm mốc từ cột nạp liệu qua cột chuyển nằm ngang vào cột nâng và sau khi vắt thì thải ra ngoài. • Nước dâng lên trong cột nạp liệu được bão hòa liên tục và sau khi qua bộ lọc ở phần trên của cột nâng thì đưa ra ngoài. • Hệ số chứa đầy pha rắn của cột có tính đến sự trương nở của sản phẩm bằng 0,8. Thời gian trích ly 40÷60 phút ở nhiệt độ 250C.
Máy trích ly hai vít nằm ngang tác động liên tục Hình 8. Thiết bị trích ly tác động liên tục của hãng Niro Atomaizer 1-Máng nghiền; 2-Bơm định lượng; 3-Bộ trao đổi nhiệt; 4-Vít tải; 5-Bộ định lượng; 6-Dẫn động; 7-Bơm; 8-Bộ trao đổi nhiệt; 9-Áo trao đổi nhiệt • Thiết bị trích ly là máng nghiêng, bên trong có 2 vít với những cơ cấu trao đổi nhiệt và hệ bơm. • Nguyên tắc hoạt động: Bộ định lượng được đặt trên thiết bị trích ly để nạp sản phẩm vào phần dưới của máng. Từ đầu khác của thiết bị bơm định lượng đẩy dung môi qua bộ trao đổi nhiệt vào đầu trên của máng.
Phần chiết qua bộ tự lọc tinh ở phần cuối của máng được tải ra ngoài. • Ưu điểm: Quá trình trích ly được tiến hành hai mức và ngược dòng, phương pháp tiếp xúc pha rắn với pha lỏng như thế sẽ bảo đảm hiệu suất chiết cao hơn. Thiết bị trích ly dạng roto • Mục đích sử dụng: Để trích ly enzim một cách liên tục từ canh trường nấm mốc hoặc vi khuẩn. • Cấu tạo và nguyên tắc hoạt động: Hình 8.