Đề tài Công nghệ sản xuất dextran

- Đối với máy ép dập hai trục: lực nén bằng 50-75% lực nén trên máy ép sau . - Đối máy ép dập ba trục: lực nén bằng 65-75% lực nén máy ép sau . + Năng suất máy ép : - Máy ép dập hai trục: 45-55% nước mía trong cây mía. - Máy ép dập ba trục: 65-75% nước mía trong cây mía. Ép mía : Mục đích: lấy kiệt lượng nước mía có trong mía tới mức tối đa cho phép . Cấu tạo máy ép: Gồm các bộ phận chính : - Giá máy: là bộ khung chịu lực rất lớn từ 3500-7000F, đúc bằng thép, trên lắp tất cả chi tiết của máy . - Các trục ép: trục đỉnh, trục trước, trục sau. Trục ép thường có lõi trục bằng thép, một đầu gắn một bánh xe răng cao chân truyền chuyển động lồng chặt trong áo trục bằng gang đặc biệt. Khi đúc người ta phải tạo ra mạng kết tinh lớn để mặt gang nhám kéo mía dễ. Mặt vỏ trục được xẻ nhiều rãnh quanh trục để kéo mía tốt hơn tạo thuận lợi cho bộ ép sau. Thường dùng phổ biến nhất là loại răng có tiết diện hình tam giác. Ở các trục trước và trục sau để thoát nước mía nhanh ta tiện thêm những rãnh sâu 25 mm và rộng khoảng 5 mm, khoảng 4 răng tiện một rãnh đối với trục trước và 6 răng đối trục sau. - Bộ gối đỡ trục và bộ điều chỉnh vị trí lắp trục. Hầu hết không sử dụng đỡ trục bằng bi mà dùng các gối đỡ có đường dẫn nước làm nguội và được lót bằng vòng lót kim loại mềm (Cu), có rãnh dẫn dầu bôi trơn thường xuyên. - Bộ phận nén trục đỉnh: được gọi là bình tụ sức tạo ra lực nén trên trục đỉnh, tăng khả năng lấy nước mía. Thường dùng thiết bị nén bằng khí, diện tích đặt thiết bị nhỏ, tác dung tăng dễ dàng, điều chỉnh lực khí nén nhanh, có thể lập tức xả van khí nén khi mía vào trục ép khó khăn để giảm lực nén, mía đi qua trục dễ dàng. Hình 14: Thiết bị nén bằng khí - Tấm dẫn mía (lược đáy) và các lược khác. Được lắp trên giá máy nằm giữa hai trục dưới. Mía ép từ miệng trước được chuyển sang miệng sau nhờ tấn dẫn mía. Tâm dẫn mía phải dày, vì nó phải chịu một lực nén nhất định và có độ cong mặt lược thích hợp để dẫn mía dễ dàng. Khi làm việc, tấm dẫn mía chịu tác dụng của hai lực: một lực đẩy của mía vào và một lực nén từ trên trục đỉnh xuống. Bởi vậy khi xác định hình dáng mặt lược người ta phải xác định phương của tổng hợp của hai lực trên. Thông số : Lực nén của máy ép : Trước đây và ngay cả hiện nay ở các xí nghiệp làn đường bán cơ giới, các trục ép khi làm việc không tự thay đổi được vị trí. Trong quá trình làm việc, lớp mía vào lúc dày lúc mỏng. Lúc dày mía được ép kiệt, công suất động cơ kéo máy tăng cao; nhưng lúc mỏng mía không được ép kiệt, công suất động cơ kéo máy lại giảm thấp. Do đó, hiệu suất ép không cao, các động cơ làm việc không ổn định công suất, gây lãng phí vốn đầu tư và dễ có sự cố trong sản xuất. Để khắc phục nhược điểm trên, hiện nay trong các máy ép hai hoặc ba trục, trục đỉnh đều được thiết kế có thể tự nâng lên hạ xuống được tuỳ thuộc lớp mía. Nhưng để lớp mía được ép với một lực nhất định, trên trục đỉnh người ta lắp các bộ phận tăng lực nén. Khi làm việc dưới tác dụng của bộ phận tăng lực nén, trục đỉnh tác dụng lên lớp bã mía một lực. Lực đó được biểu thị bằng quan hệ sau : P = k.L.D Trong đó : P: tổng lực nén (N). k: hệ số. L: chiều dài trục nén (m). D: đường kính trục ép (m). Với cách biểu thị trên, công thức này không thể hiện được ý nghĩa thực tế. Khi làm việc lớp bã chịu một áp suất rất lớn do tổng lực nén P chỉ phân bố trên một bề mặt có chiều dài L và chiều rộng bằng D/10. Vì vậy, lực nén trên đơn vị diện tích của máy ép được xác định theo quan hệ : p = Trong đó : p: áp suất (N/m2). P: Tổng lực nén trên đỉnh trục (N). L: chiều dài trục ép (m). D: đường kính trục ép (m). Quan hệ giữa lực nén và hiệu suất ép: khi tăng lực nén, hiệu suất ép tăng. Theo thực nghiệm lực nén tăng từ 0 đến 148.105 N/m2 hiệu suất ép tăng nhanh, khi tăng đến trên 148.105 N/m2 hiệu suất ép tăng nhưng chậm. Chọn và phân phối lực nén của dàn ép: chọn lực nén của dàn ép thường phải căn cứ vào những điểm sau: - Số lượng máy ép trong dàn ép, số máy ép nhiều có thể hạ thấp lực nén. - Công suất kéo của motor hoặc máy hơi nước, công suất cao cho phép sử dụng lực nén cao. - Sự bền vững của các bộ phận trong máy ép. - Đặc điềm của nguyên liệu: mía nhiều xơ cần dùng lực nén cao mới đạt được hiệu suất cao . Nếu thiết bị tốt, ở máy ép dập có thể dùng tới 148.105 N/m2 và các máy ép kiệt có thể dùng tới 296.105 N/m2. Hiên nay có nhiều quan điểm khác nhau về việc phân phối lực nén trên các máy ép: - Dùng lực nén tăng dần từ bộ đầu đến bộ cuối, hiệu suất ép đạt cao. - Dùng lực nén giảm dần, khắc phục được nhược điểm trên. - Dùng lực nén như nhau. Nhưng nói chung hiên nay hầu hết các nhà máy đều dùng lực nén tăng dần . Sự phân phối lực nén ở một số nhà máy (105 N/m2) Nhà máy Máy dập Máy I Máy II Máy III Máy IV Philipin(hệ máy ép 15 trục) 212.87 230.535 235.27 269.77 272.71 Quảng Đông 151.07 245.25 247.21 254.09 - Ha Oai 112.81 241.32 243.38 255.06 261.97 Tốc độ của máy ép : Tốc độ máy ép trong công nghiệp biểu thị dưới hai loại: - Tốc độ thẳng, ký hiệu V, đơn vị m/ph. - Tốc độ vòng quay, ký hiệu ω, đon vị vòng/ph . Hai loại công thức này có thể chuyển đổi theo công thức : V = p. D.ω . Trong đó : D: đường kính trục ép. Hiện nay cũng có những vấn đề sau : - Tốc độ nhanh ép lớp mía mỏng. Lực nén xuống đều, trở lực nhỏ, nước mía ít bị bã hút trở lại, nước thẩm thấu phun vào được thấm đều. - Tốc độ chậm, lớp mía dày. Tốc độ chậm, thiết bị lâu mòn, công suất tiêu hao ít. Nhưng về mặt công nghệ học có nhược điểm là sự phân bố lực nén không đều, bã mía dễ hút nước mía trở lại do đó ảnh hưởng đến hiệu suất ép. Với hai quan điểm trên có một số nhà máy dùng tốc độ máy ép tăng dần từ máy đầu đến máy cuối, một số nhà máy khác dùng tốc độ chậm dần từ máy đầu đến máy cuối. 2. Lọc: Mục đích: chuẩn bị cho quá trình lên men. Tách cặn còn lại trong nước mía sau khi ép. Thiết bị: thiết bị lọc khung bản . 3. Chuẩn bị môi trường : Mục đích: chuẩn bị cho quá trình lên men. Biến đổi: + Hóa học: Thay đổỉ hàm lượng các chất dinh dưỡng, pH tăng. + Các chỉ tiêu còn lại biến đổi không đáng kể. Phương pháp thực hiện: Môi trường lên men là môi trường nước mía có bổ sung dưỡng chất, khoáng và các yếu tố cần thiết cho vi khuẩn sống. Pha loãng: nước mía sau khi đã được loại bỏ tạp chất được đem pha loãng với hàm lượng đường ban đầu khoảng 17%. Chỉnh pH: pH của môi trường lên men ban đầu là 7, đó là pH tối kích cho L.mesenteroides tăng sinh trong giai đoạn đầu của quá trình lên men. Bổ sung nguồn khoáng: Môi trường cần được bổ sung muối phosphat, muối amon và ion Mg2+, các loại khoáng này có ảnh hưởng trực tiếp đến cấu trúc của dextran. K2HPO4 0.2% MgSO4 0.02% MnSO4 0.001% FeSO4 0.001% NaCl 0.001% CaCl2 0.005% Bổ sung các chất dinh dưỡng khác: Dịch chiết nấm men 0.5% Peptone 0.5% Và một số các chất vi lượng khác: Histidin, Thiamin, Biotin, acid panthothenic, acid nicotinic, amino acid valine, glutamic acid . Ảnh hưởng của môi trường đến sản phẩm dextran tạo thành: Môi trường: Việc lựa chọn môi trường hợp lý và duy trì những thành phần dinh dưỡng trong quá trình lên men, chẳng hạn như amino axit, vitamin, và các nguyên tố khoáng là hết sức quan trọng. Bởi vì nó sẽ ành hưởng tốc độ phát triển của vi khuẩn và sản lượng dextran tạo thành. Việc trung hòa định kỳ môi tường lên men sẽ làm tăng sản lượng dextran có phân tử lượng lớn vì khả năng sinh tổng hợp enzym của vi khuẩn đạt giá trị lớn nhất là 6.5-7.2. Sự giảm độ nhớt của dextran trong môi trường nuôi cấy là do sự xuất hiện của các enzym nội bào không bền nhiệt. Các enzym này xuất hiện khi tế bào Leuconostoc bị chết và phân hủy . Nhiệt độ thích hợp của môi trường nuôi cấy cho sự hình thành các enzym nội bào là từ 200C đến 300C. CaCl2 không ảnh hưởng tới sinh khối của vi khuẩn nhưng ảnh hưởng đến lượng dextransaccharase tạo thành và hoạt tính của enzym trong quá trình lên men. Sau đây là sơ đồ cho thấy ảnh hưởng của CaCl2 với lượng dùng là 0.05% lên sự tạo thành dextransaccharase. Biểu đồ 1: Ảnh hưởng của CaCl2 đến sự tạo thành enzym dextransaccharase K2HPO4 đóng vai trò như nguồn dinh dưỡng, tuy nhiên nếu cho nhiều K2HPO4 quá sẽ làm giảm lượng Ca++ có trong môi trường. Nồng độ cơ chất : Nồng độ cơ chất ảnh hưởng đến sản lượng và trạng thái dextran tạo thành. Rất ít dextran được tạo thành khi nồng độ cơ chất nhỏ hơn 2%. Việc tăng nồng độ saccharose ít ảnh hưởng đến sản lượng dextran tạo thành, nhưng ảnh hưởng đến khối lượng phân tử dextran tạo thành. Trong khi đó việc tăng nồng độ glucose và NaCl sẽ làm tăng sản lượng và ít ảnh hưởng đến lượng dextran tạo thành. Nồng độ saccharose càng cao thì khối lượng phân tử dextran tạo thành càng thấp, hay số lượng dextran cao phân tử tạo thành càng thấp, dextran với khối lượng phân tử thấp càng tăng, độ nhớt càng giảm. Khi ở nồng độ đường 30%, tỉ lệ giữa liên kết 1,6 và các liên kết nhánh không phải 1,6 là 29 trong khi tại nồng độ đường 5% thì tỉ lệ là 8.5. Bảng 3: Ảnh hưởng của nồng độ đường saccharose lên sản lượng dextran của giống L.mesenteroides NRRL B-512F Nồng độ Succharose (g/100ml) Sản lượng dextran (g/100 ml) Độ nhớt (cp) 5 1.7 4.73 10 4.08 22.03 20 5.46 31.89 30 5.45 27.59 40 4.46 24 50 3.12 18.59 Nếu các dextran trọng lượng phân tử thấp được đưa vào làm mồi thì enzyme sẽ có nhiều điểm khởi đầu và các polymer tương đối đồng nhất sẽ được tạo thành. Điều quan trọng là các tế bào vi khuẩn không được chứa các vết của các dextran có trọng lượng phân tử cao. Vì vậy nguyên liệu cấy phải được rửa vài lần bằng dung dịch muối để loại các dextran bám vào. Khi nồng độ đường >20-25% thì sự tạo thành dextran xảy ra yếu do vi khuẩn không thể phát triên tốt trong môi trường có áp suất thẩm thấu cao. 4. Thanh trùng: Mục đích: chuẩn bị. Thanh trùng là để tiêu diệt các vi sinh vật khác bị nhiễm vào trong môi trường lên men. Ta không thể tiệt trùng vì quá trình tiệt trùng làm phân huỷ các chất dinh dưỡng có trong môi trường lên men. Ta cũng không thể tiệt trùng nước mía trước rồi mới bổ sung dưỡng chất vào môi trường lên men vì một số dưỡng chất có sẵn trong nước mía dễ bị phân hủy ở nhiệt độ cao và nguy cơ tái nhiễm vi sinh vật là rất cao trong quá trình bổ sung dưỡng chất. Biến đổi: + Vi sinh: Vi sinh vật bị tiêu diệt hoặc ức chế. + Vật lý: Nhiệt độ tăng. + Hóa học: Một số chất dinh dưỡng bị mất. + Hóa lý: Độ hòa tan tăng. + Hóa sinh: Một số enzym bị ức chế. Thiết bị: để thanh trùng môi trường nước mía ta dùng hệ thống máy thanh trùng và làm nguội dạng bản mỏng. Cơ chế: Lưu chất môi trường đi vào thiết bị bên trong bản mỏng theo một đường ống, hơi nước đi vào thiết bị theo một đường ống khác. Hơi nước và dịch môi trường qua các bản mỏng khác nhau và thực hiện trao đổi nhiệt với nhau. Các bản mỏng có vách ngăn đặc biệt chỉ cho một loại lưu chất đi qua bản. Bản mỏng có bề mặt gợn sóng làm tăng diện tích bề mặt truyền nhiệt và tạo chế độ chảy rối để tăng tốc độ truyền nhiệt. Hình 15: Sơ đồ cấu tạo thiết bị truyền nhiệt bản mỏng Hình 16: Nguyên lý làm việc của thiết bị bản mỏng Hình 17: Thiết bị truyền nhiệt bản mỏng thực tế Thông số: Môi trường lên men sau khi đã được chỉnh pH và pha trộn các chất dinh dưỡng, khoáng theo tỉ lệ thích hợp cho quá trình lên men được đem thanh trùng ở 70-75oC, sau đó được làm nguội về 30oC là nhiệt độ tối ưu nhất vi khuẩn phát triển tăng sinh trong giai đoạn đầu của quá trình lên men. Sau khi thanh trùng môi trường được làm nguội đến 30oC và được đưa thẳng vào bồn lên men. 5. Nhân giống: Mục đích: Chuẩn bị giống cho quá trình lên men. Phương pháp thực hiện: Chuẩn bị cấy chuyền: Canh trường vi khuẩn được chuẩn bị bằng cách cấy 1 ống giống vi khuẩn vào môi trường tiệt trùng. Canh trường được lắc cơ học trong 24 giờ ở 250C. Sau đó thực hiện các bước nhân giống (môi trường được đảo trộn 100 v/ph). Mỗi cấp nhân giống được thực hiện trong 14-16 giờ (vẫn tại nhiệt độ 250). Đến khi đủ số lượng giống cần thiết, cho vào bình lên men. Khi sử dụng thời gian cấy chuyền là 24 giờ, môi trường lên men có giá trị nhớt cực đại cao (dextran A trong bảng sau). Nếu sử dụng thời gian cấy truyền là 36 tới 48 giờ (như đối với dextran D và B) thì giá trị độ nhớt cực đại sẽ thấp hơn Bảng 4: Dữ liệu về các loại dextran thu đươc từ các môi trường nghiên cứu Dextran Độ nhớt tuyệt đối của môi trường (cp) Tính chất của dextran tinh khiết Hàm lượng (%) N (%) P (%) Độ nhớt tương đối tại 250, nồng độ 0.5% trong nước [α] A 446 25.3 0.017 0.005 2.253 +203 B 73 24.7 0.033 0.008 2.003 +201 C 5 22.2 0.022 0.011 1.414 +199 D 203 23.7 0.032 0.007 2.133 E 10 21.6 0.010 0.004 1.565 +200 F 14 <14.7 1.855 +200 G 847 24.0 0.000 <0.002 1.719 +202 6. Rửa: Mục đích: chuẩn bị cho quá trình lên men. Giống vi khuẩn qua nhân giống thu được sinh khối để lên men không được chứa vết của các dextran có trọng lượng phân tử cao. Nguyên nhân là các dextran có trọng lượng phân tử cao xuất hiện trong môi trường lên men sẽ tạo mầm cho quá trình tổng hợp dextran cao phân tử, ảnh hưởng tới sự điều khiển quá trình lên men tạo dextran có trọng lượng phân tử thấp, đồng nhất và theo mục đích sử dụng của nhà sản xuất. Do đó cần rửa sạch dextran đã tạo thành trong quá trình nhân giống. Biến đổi: + Hóa học: Loại bỏ dextran trong môi trường nuôi cấy. + Hóa lý: Độ nhớt giảm. Phương pháp: có thể dùng dịch nước muối rửa để làm sạch dextran bám vào tế bào. 7. Lên men: Mục đích: Chế biến chuyển hóa đường thành dextran . Biến đổi: - Sinh học: Vi khuẩn sinh trưởng, trao đổi chất với môi trường, tăng sinh khối. - Hóa học: + pH môi trường giảm. + Hàm lượng cơ chất, chất dinh dưỡng giảm. - Hóa sinh: Phản ứng tạo thành dextran do enzym xúc tác. - Hóa lý : Sự đông tụ của các hợp chất keo. - Vật lý : Sự tỏa nhiệt, tăng nhiệt độ môi trường. Phương pháp thực hiện: Cấy giống: Lượng giống cấy vào môi trường có tỉ lệ phối trộn của môi trường nuôi cấy với môi trường là 5% (v/v) theo thể tích của môi trường. Cách cấy giống: bơm môi trường nước mía từ thiết bị làm lạnh vào bồn lên men và châm canh trường nuôi cấy vào. Trong quá trình bơm môi trường nước mía vào bồn lên men ta kết hợp nạp một lượng nhỏ oxy vào môi trường lên men để cung cấp nguồn khí oxy ban đầu cho vi khuẩn phát triển. Bổ sung “mầm” dextran: Trong quá trinh lên men ta bổ sung “mầm” dextran là những mạch dextran có phân tử lượng thấp, đã biết rõ phân tử lượng để tạo ra các sản phẩm có phân tử lượng mong muốn. Nếu các dextran trọng lượng phân tử thấp được đưa vào làm mồi thì enzyme sẽ có nhiều điểm khởi đầu và các polymer tương đối đồng nhất sẽ được tạo thành. Theo dõi quá trình: Nhiệt độ, pH, nồng độ chất khô được theo dõi và điều chỉnh suốt quá trình lên men nhờ hệ thống máy tính quan sát và đo nhiệt độ, pH bởi các đầu dò nhiệt độ kết hợp với thiết bị gia nhiệt vỏ áo và hệ thống chỉnh pH (bồn chứa acid và bazơ) của bồn lên men. Ban đầu môi trường lên men được chỉnh về pH 7.0 và giữ ở 300C giúp cho quá trình sinh trưởng của vi khuẩn trong khoảng 5 giờ. Khi vi khuẩn đã đạt tới pha ổn định, quá trình lên men được tiến hành ở 25oC, pH 6.5-7.2 để tạo điều kiện cho L.mesenteroides tổng hợp enzym dextransaccharase. Trong quá trình này, chủ yếu do sự tạo thành acid lactic, giá trị pH giảm từ 6.5-7.2 xuống còn 5.5. Sau đó gia nhiệt môi trường lên 30oC để tạo nhiệt độ tối ưu cho enzym hoạt động. Dung dịch lên men được khuấy liên tục và thông khí 0.5lit/phút trong suốt quá trình lên men. Thời gian lên men từ 24-48h. Khi dextran được tạo thành, dung dịch trở nên đậm đặc cho đến khi quá trình kết thúc sau 1 hay 2 ngày, một khối dạng keo sẽ được tạo thành. Quá trình lên men được kết thúc bằng cách đo độ nhớt cực đại của môi trường lên men. Dịch lên men chứa chủ yếu là dextran, fructose tự do, acid lactic, etanol và các vi sinh vật. Thiết bị: pH Chỉnh acid hoặc base Vỏ áo Lọc khí Bộ phận thêm môi trường Chất phá bọt Sục khí dạng mâm Inoculum Đo nhiệt độ Hơi Hơi Môi trường Lọc khí Hình 18: Bồn lên men Các yếu tố ảnh hưởng: pH: Nghiên cứu cho thấy sự tổng hợp dextran tốt nhất tại pHopt =5.2, đó cũng là pH tối thích của enzym dextransaccharase. Trong thực tế hoạt tính của enzym dao động trong khoảng pH từ 5-6.5. Tính ổn định của enzym còn phụ thuộc vào các yếu tố ảnh hưởng khác trong môi trường lên men. Trong suốt quá trình lên men, pH giảm từ giá trị ban đầu 7 xuống 4.1 do lượng acid hữu cơ sinh ra. Tại pH=4.1 cũng là pI của enzym. Nghiên cứu còn cho thấy sự tổng hợp enzym dextransaccharase tốt nhất tại pH trung tính dao động trong khoảng 6.5-7.2 và ở nhiệt độ khoảng 25oC tuỳ giống L.mesenteroides. Đây cũng là điểm đặc biệt của enzym này và là đặc điểm quan trọng cần chú ý trong quy trình công nghệ sản xuất dextran cũng như enzym dextransaccharase. Nhiệt độ: Nhiệt độ ảnh hưởng đến nhiều yếu tố trong quá trình lên men: Sản lượng dextran, tốc độ tạo thành, cấu trúc và khối lượng phân tử của dextran. Sự tổng hợp dextran cao phân tử giảm khi nhiệt độ thấp (25-5oC) song song với việc tăng tổng hợp dextran có khối lượng phân tử thấp tăng nhưng sản lượng không hề thay đổi. Bảng 5 : Ảnh hưởng của nhiệt độ đến khối lượng phân tử của sản phẩm Temp. °C Total dextran % Low MW % High MW % 30 45.9 21.2 24.7 15 47.4 43.4 4.0 4 47.2 45.9 1.3 Tại giá trị nhiệt độ khoảng 25oC thì tốc độ sinh tổng hợp enzym dextransaccharase tốt nhất trong khi nhiệt độ tối ưu cho quá trình tổng hợp dextran là 30oC. Nghiên cứu cho thấy tốc độ phản ứng của enzym tại 30oC gấp 10 lần ở 0oC, và thời gian cần thiết để hoàn tất quá trình lên men ở 15oC gấp hai lần thời gian ở 30oC. Trong thực tế nhiệt độ lên men khoảng 25oC, dextran thu được sau 24-48h. Khi nhiệt độ vượt quá 35oC thì sản lượng dextran còn thấp hơn cả ở 25oC do enzym không bền ở nhiệt độ trên 32oC. Biểu đồ 2: Ảnh hưởng của nhiệt độ lên hoạt tính dextransaccharose của giống L.mesenteroides NRRL B-512F Nhiệt độ còn ảnh hưởng tới tốc độ phát triển của L.mesenteroides, loại vi khuẩn này phát triển tối ưu tại 30oC, nếu nhiệt độ cao quá hay thấp quá cũng ảnh hưởng tới sự sống và phát triển của chúng. Biểu đồ 3: Ảnh hưởng của nhiệt độ lên sự phát triển của giống L.mesenteroides NRRL B-512F Thời gian lên men: Ban đầu, lượng dextran sẽ tăng dần theo thời gian, đến một khoảng thời gian nhất định thì lượng dextran tạo thành sẽ đạt cực đại, thời gian lên men đạt kết quả tối ưu là 24-48h. Sau 24-48 h lên men (tùy giống L.mesenteroies), lượng dextran tạo thành sẽ giảm dần. Nguyên nhân là do quá trình phát triển của vi khuẩn có nhiều giai đoạn khác nhau, trong đó lượng dextran đạt cực đại ở pha logarit và giảm dần trong pha suy vong. Do đó trong quá trình sản xuất dextran ta phải xác định thời gian lên men để lượng dextran tạo thành cực đại, tùy giống L.mesenteroies mà ta xác định thời gian lên men bằng thực nghiệm. Khi tăng thời gian lên men thì xuất hiện hiên tượng giảm khối lượng phân tử. Nghiên cứu cho thấy nếu tiếp tục lên men trong 273h thì khối lượng phân tử dextran là 8.6 triệu đơn vị glucose thay vì 39 triệu đơn vị glucose khi lên men trong 24h. Độ nhớt môi trường giảm sau 50h lên men. Hệ đệm và sự thông khí: Sự thông khí là một điều kiện bất lợi đối với việc lên men dextran. Các kết quả về pH và độ nhớt trong môi trường thông khí được trình bày trong bảng b và đặc điểm của loại dextran F phân lập từ môi trường này được trình bày trong bảng a. So sánh giữa hai kết quả thu được từ hai môi trường có thông khí và không thông khí cho thấy sự thông khí làm giảm tốc độ lên men, hàm lượng và độ nhớt của sản phẩm đồng thời không giúp ngăn ngừa môi trường trải qua giai đoạn có độ nhớt cao cực đại. Bảng 6: Dữ liệu về các loại dextran thu đươc từ các môi trường nghiên cứu Dextran Độ nhớt tuyệt đối của môi trường (cp) Tính chất của dextran tinh khiết Hàm lượng (%) N (%) P (%) Độ nhớt tương đối tại 250C, nồng độ 0.5% trong nước [α] A 446 25.3 0.017 0.005 2.253 +203 B 73 24.7 0.033 0.008 2.003 +201 C 5 22.2 0.022 0.011 1.414 +199 D 203 23.7 0.032 0.007 2.133 E 10 21.6 0.010 0.004 1.565 +200 F 14 <14.7 1.855 +200 G 847 24.0 0.000 <0.002 1.719 +202 Độ nhớt tương đối trong dung dịch 0.1M Ca(CH3COO)2 của dextran A, C và G lần lượt là 2.235, 1.405 và 1.683. Trong dung dịch 1M Ca(CH3COO)2 độ nhớt của dextran A là 2.298 Bảng 7: Tác động của việc thông khí tới pH và độ nhờt của môi trường lên men Tiến hành Thời gian nuôi cấy (giờ) pH Độ nhớt tuyệt đối(cp) Bắt đầu sục khí Dừng sục khí Phân lập dextran F 0 23.5 32 47.5 55 7.5 5.2 4.7 4.4 4.3 2 5 12 16 14 Khi sử dụng hệ đệm CaCO3 , pH của môi trường vào khoảng 6.4 – 7.0, môi trường đạt độ nhớt cực đại sau khoảng 48 đến 56 giờ và sau đó giảm nhanh chóng. Loại dextran G trong bảng a được phân lập từ môi trường này tại thời điểm độ nhớt cực đại. So sánh các kết quả với khi không sử dụng hệ đệm cho thấy hệ đệm có tác dụng làm tăng độ nhớt của môi trường, không làm tăng lượng dextran thu được. Môi trường thông khí và sử dụng hệ đệm CaCO3 không trải qua giai đoạn độ nhớt cực đại. Độ nhớt môi trường tăng chậm trong vòng 30 ngày. Trong những điều kiện đó, tốc độ lên men giảm so với khi lên men yếm khí. 8. Kết tủa lần 1: Mục đích: Khai thác. Sau khi lên men thu dung dịch dạng keo chứa dextran, ta tháo sản phẩm ra và cho cho ethanol lạnh vào để tiến hành quá trình kết tủa sơ bộ dextran. Biến đổi: - Hóa lý: Sự kết tủa và tách pha của dextran. - Hóa học: Hàm lượng dextran hòa tan trong dung dịch giảm. - Vi sinh: Vi sinh vật bị tiêu diệt hoặc ức chế. Thiết bị: Bình khuấy. 9. Ly tâm : Mục đích: Khai thác. Biến đổi: - Hóa học: Hàm lượng ẩm khối dextran giảm. - Vi sinh: Tách vi sinh vật. Phương pháp thực hiện: Dịch lên men sau khi kết tủa bằng ethanol lạnh sẽ được bơm vào thiết bị ly tâm. Phần nước trên bề mặt sẽ được vớt ra bao gồm vi sinh vật, cơ chất sót và những chất cặn khác. Ethanol cũng là chất tiêu diệt vi khuẩn gram âm rất hiệu quả nên không cần thanh trùng dịch lên men. Thiết bi: Sử dụng thiết bị lắng ly tâm. Lắng ly tâm dựa trên việc áp dụng các cơn lốc ly tâm để phân riêng các phần tử và chất lỏng có kích thước và nồng độ khác nhau. Ống trụ, nón và đĩa ly tâm được sử dụng trong phân riêng các phần tử và chất lỏng có nồng độ khác nhau. Các trụ đứng trữ các chất lỏng sạch và cặn ướt trong khi hệ thống côn (nón) cung cấp cặn khô và các chất lỏng đục màu. Hệ thống trụ và côn được kết hợp hiệu quả trong hệ thống ly tâm liên tục. Các thiết bị ly tâm trụ hay ống (bowl) được sử dụng trong chế biến dầu ăn, trong gạn lọc nước trái cây hay rau quả và sirô đường. Đĩa ly tâm bao gồm một đĩa (bowl) rộng 20 – 50 cm với 1 chuỗi đĩa côn. Các đĩa có lỗ được dùng để làm dễ dàng hơn việc phân riêng bằng phương pháp ly tâm các chất lỏng có tỉ trọng khác nhau. Các chất lỏng được nhập vào phối trộn tại trung tâm của đĩa (bowl) và chúng được phân riêng bằng lốc ly tâm cuốn vào dòng chất lỏng trong và nặng hơn để được tách ra bằng hệ thống ống dẫn đặc biệt. Việc tháo sản phẩm sau ly tâm được thực hiện khi một lượng đáng kể các phần tử rắn lắng xuống trong môi trường ly tâm. Hình 19: Sơ đồ hoạt động thiết bị ly tâm Thông số công nghệ : Quá trình này được thực hiện liên tục với vận tốc li tâm 10000rpm, ở 4oC trong 15 phút ta sẽ thu được dextran có chất lượng tương đối tốt. 10. Lọc và thuỷ phân dextran: Mục đích: Hoàn thiện . Dextran sau khi kết lắng lần đầu vẫn còn có nhiều tạp chất và tế bào L.mesenteroides trong đó, cần lọc tinh lại lần thứ nhì để đạt yêu cầu chất lượng sản phẩm. Biến đổi: - Vi sinh: Số lượng vi sinh vật giảm. - Hóa học: Giảm lượng tạp chất. Phương pháp: Hòa tan dextran sau quá trình ly tâm trong nước đến nồng độ 5%. Sử dụng than hoạt tính: than hoạt tính được thêm vào dung dịch 5% dextran thô trong nước, khuấy đều Dung dịch đươc lọc bằng thiết bị lọc Berkefeld và sau đó dextran sẽ được kết lắng. Thiết bị: Thiết bị lọc Hình 20:Thiết bị lọc ở áp suất thường 11. Tái kết tủa làm sạch: Mục đích: Hoàn thiện. Biến đổi: tương tự như kết tủa lần một. Phương pháp thực hiện: Sau khi lọc và thuỷ phân dextran đạt được kích thước theo yêu cầu sử dụng, ta tái kết tủa dextran bằng ethanol lạnh. Dung dịch dextran thu được lúc này rất tinh khiết và không cần phải kết lắng bằng thiết bị li tâm. 12. Hòa tan trong nước: Mục đích: chuẩn bị cho quá trình sấy phun. Dextran được hòa tan trong nước nhằm làm giảm độ nhớt, và đồng hóa dung dịch dextran. Thiết bị: Bình khuấy . 13. Sấy phun: Mục đích: Khai thác, bảo quản .Tạo dextran thành phẩm dạng bột mịn để bán ra thị trường. Biến đổi: - Vật lý: nhiệt độ tăng. - Hóa lý: sự bốc hơi nước, sự hình thành sản phẩm. - Hóa sinh: Vô hoạt các eznym. - Sinh học: tiêu diệt vi sinh vật. Phương pháp: Dextran sau khi được hòa tan trong nước, được bơm vào thiết bị sấy phun trong điều kiện chân không ở 300C và thu được dextran ở dạng bột min. Thiế