Đề tài Sản xuất vitamin B12 trên quy mô công nghiệp

tinh nhƣ ống nghiệm, erlenmeyer với các dung tích 750 ml, 1l, 2l kết hợp với tủ ấm, tủ lắc điều nhiệt. Do thể tích môi trƣờng nhỏ nên việc sử dụng máy lắc có thể đảm bảo đƣợc sự đồng nhất trong canh trƣờng nuôi và cung cấp đầy đủ oxy cho sự sinh trƣởng, phát triển của nhóm vi sinh vật hiếu khí. - Khi nhân giống ở giai đoạn ph}n xƣởng, ngƣời ta sử dụng những thiết bị với dung tích khác nhau: 100l, 500l, 1m3, 3 m3, 5 m3, 10 m3…hoặc lớn hơn tùy theo dung tích của thiết bị lên men đang sử dụng tại nhà máy. Hiện nay ngƣời ta sản xuất vitamin B12 theo qui mô công nghiệp thƣờng sử dụng loài Prop.shermanii. Lo|i n|y thƣờng đƣợc giữ giống trong môi trƣờng thạch nghiêng với glucose, KH2PO4, (NH4)2PO4. Trong môi trƣờng, ngƣời ta cho thêm cao ngô hoặc nƣớc chiết trái cây, nuôi vi khuẩn ở điều kiện nhiệt độ 28 - 320C trong thời gian 7-8 ng|y v| sau đó bảo quản lạnh, cấy chuyền định kì mỗi tháng 1 lần. - Nhân giống cho sản xuất thƣờng đƣợc thực hiện trong điều kiện kị khí bắt buộc. - Môi trƣờng cho nhân giống có lƣợng đƣờng ít hơn môi trƣờng lên men, còn các thành phần khác của môi trƣờng giống nhƣ môi trƣờng lên men. - Trong môi trƣờng, ngoài thành phần đƣờng ra, ngƣời ta còn cho thêm các muối amon, nƣớc amoniac, CoCl2 hoặc Co(NO3)2 Công nghệ lên men thực phẩm GVHD: PGS.TS Lê Văn Việt Mẫn 22 - Lƣu ý l| trong trƣờng hợp không dùng loài Prop.shermanii để sản xuất vitamin B12, ta dùng xạ khuẩn hoặc các vi khuẩn sinh metan thì phải thay đổi thành phần môi trƣờng v| điều kiện nuôi cấy. Ví dụ: xạ khuẩn phải nuôi trong điều kiện hiếu khí bắt buộc, còn vi khuẩn sinh metan lại nuôi trong điều kiện yếm khí bắt buộc. Bảng 5. Môi trường nhân giống Glucose 0,5 – 1 % Cao ngô 1 – 2 % Clorua coban 1,5 – 2 ppm Pepton 0,1 % Dầu đậu nành 0,1 – 2 % pH 6,9 - 7 Nhiệt độ tiệt trùng 1210C Thời gian tiệt trùng 30 phút  Các biến đổi  Sinh học: - Vi khuẩn Prop.shermanii sử dụng cơ chất trong môi trƣờng để tăng sinh khối. - H|m lƣợng cơ chất trong môi trƣờng giảm theo thời gian, sinh khối vi khuẩn tăng.  Thiết bị nhân giống - Thiết bị có dạng hình trụ đứng v| đƣợc chế tạo bằng thép không rỉ. Bên trong thiết bị có hệ thống cánh khuấy. Xung quanh thiết bị là lớp vỏ áo cho t{c nh}n điều nhiệt để ổn định nhiệt độ canh trƣờng trong quá trình nhân giống. - Phần trên nắp thiết bị có các cửa với nhiều chức năng kh{c nhau: cửa thông cánh khuấy gắn với motor, cửa nạp giống, cửa vào và ra cho không khí, cửa nạp chất phá bọt, cửa nạp chất điều chỉnh pH…Cửa nạp môi trƣờng v| th{o canh trƣờng ra khỏi thiết bị thƣờng đƣợc bố trí ở phần đ{y. Ngo|i ra trong thiết bị còn có những đầu dò pH, nhiệt độ, oxy… để nhà sản xuất có thể theo dõi các giá trị này trong quá trình nhân giống. Công nghệ lên men thực phẩm GVHD: PGS.TS Lê Văn Việt Mẫn 23 Hình 7. Thiết bị nhân giống 1. Hệ thống điều nhiệt(nh}n giống trong erlen). 2. Bình nh}n giống trung gian. 3. Thiết bị nh}n giống. 4. Hệ thống lọc t{ch bụi v| vi sinh vật. 5. Valve. 6. Bộ phận lọc hơi. 7. Bộ phận đo pH.  Thông số công nghệ - Dung tích erlen: 1 lít - Dung tích thiết bị nhân giống: 1m3 - Nhiệt độ nuôi cấy: 28-320C - pH=6.9-7 - Thời gian nuôi cấy: 7-8 ngày Công nghệ lên men thực phẩm GVHD: PGS.TS Lê Văn Việt Mẫn 24 2. CHUẨN BỊ MÔI TRƢỜNG LÊN MEN  Mục đích: Chuẩn bị cho quá trình lên men.  Thành phần môi trƣờng Môi trƣờng lên men bao gồm: Nguồn cacbon, nguồn Nitơ, yếu tố tăng trƣởng, muối dinh dƣỡng, cobalt, glycine và có thể thêm sodium cyanide. - Nguồn cacbon là carbohydrate (dextrose, maltose, xylose, syrup bắp, sucrose, mật rỉ), acid hữu cơ nhƣ l| acid lactic. Khối lƣợng các hợp chất này chiếm từ 0,5% - 10% khối lƣợng môi trƣờng nuôi cấy. - Nguồn Nitơ l| c{c protein trong soybean, yến mạch, bắp, bột mì, dịch chiết nấm men, nƣớc Whey...Khối lƣợng chiếm 1% - 5% khối lƣợng môi trƣờng nuôi cấy. - Yếu tố tăng trƣởng cho vi sinh vật nhƣ l| dịch chiết nấm men, dịch khoai tây, bắp. - Muối: ammonium sulfate, magnesium sulfate, potasseum phosphate dibasic, potassium phosphate monbasic. Hợp chất cobalt: cobalt chloride, sulfate, nitrate. Bảng 6. Thành phần môi trường lên men Mật rỉ 4% Glucose 0,5 - 1% CaCO3 0,1% Clorua coban 1,5 - 10 ppm - Khi thêm glycine v|o môi trƣờng lên men nhƣ l| 1 chất bổ sung dinh dƣỡng thì h|m lƣợng vitamin B12 sẽ tăng lên. Trong khi một số loại acid amin nhƣ analine, leucine, isoleucine, tyrosine, methionine, acid glutamic không l|m tăng m| ngƣợc lại có thể làm giảm h|m lƣợng vitamin B12. - Trong sản xuất ngƣời ta bổ sung thêm 5,6 - dimetylbenzinaldazol l|m tăng sự tổng hợp vitamin B12. Ngoài ra, muối cobalt cũng đƣợc bổ sung v|o môi trƣờng với nồng độ 3 - 5µg/l. Công nghệ lên men thực phẩm GVHD: PGS.TS Lê Văn Việt Mẫn 25  Các biến đổi: - Sinh học: Các loại vi sinh vật không mong muốn nhiễm vào môi trƣờng bị ức chế, tiêu diệt.  Thiết bị sử dụng: Thiết bị tiệt trùng liên tục YHC-20  Cấu tạo: gồm thùng chứa môi trƣờng dinh dƣỡng, bơm ly t}m, bộ đun nóng, bộ giữ nhiệt, bộ thu hồi nhiệt, bộ trao đổi nhiệt, hệ thống điều chỉnh tự động các thông số của quá trình.  Nguyên tắc hoạt động: Trƣớc khi bắt đầu hoạt động tất cả các thiết bị, đƣờng ống dẫn và phụ tùng YHC đƣợc thanh trùng bằng hơi qu{ nhiệt. Hơi nƣớc đƣợc đƣa v|o bộ đun nóng theo đƣờng viền của van điều chỉnh tiêu hao hơi, sau đó v|o bộ giữ nhiệt, thu hồi nhiệt v| theo đƣờng viền của van giảm áp suất vào thiết bị làm mát. Cùng lúc mở các van xả nƣớc ngƣng v| khi đạt đƣợc nhiệt độ lớn hơn 1400C thì bắt đầu tiệt trùng. Khi nhiệt độ và áp suất trong nồi phản ứng đạt trị số ổn định thì khuấy đảo các cấu tử của môi trƣờng dinh dƣỡng, môi trƣờng mới lại cho vào thùng chứa để bơm đẩy qua khe đứng nhỏ vào bộ phận đun nóng.  Thông số công nghệ: - Nhiệt độ: 1210C. - Thời gian tiệt trùng: 30 phút. - pH=6.5-7. - Tốc độ bơm môi trƣờng: 3.5 m3/s. Công nghệ lên men thực phẩm GVHD: PGS.TS Lê Văn Việt Mẫn 26 Hình 8. Thiết bị tiệt trùng YHC 1- Thùng chứa 2- Bơm 3- Bộ đun nóng 4- Bộ giữ nhiệt 5- Bộ lấy mẫu 6- Thiết bị trao đổi nhiệt- thu hồi 7- Thiết bị trao đổi nhiệt- thiết bị làm mát 8- Thiết bị lên men 3. LÊN MEN  Mục đích: Khai th{c: L|m tăng hàm lƣợng vitamin trong tế bào vi sinh vật  Các biến đổi:  Quá trình lên men gồm có 2 giai đoạn: - Giai đoạn đầu kị khí, - Giai đoạn sau hiếu khí.  Thời gian cho mỗi giai đoạn là 72 - 88 giờ. - Vật lý: Nồng độ vitamin B12 sẽ tăng nhanh trong giai đoạn hiếu khí, khoảng 25 – 40 mg vitamin B12/l. - Hóa học: pH môi trƣờng thay đổi. Ta điều chỉnh pH bằng cách thêm dextrose, sucrose, hoặc thêm ammonium hydroxide, potassium phosphate dibasic, urea, calcium carbonate. Công nghệ lên men thực phẩm GVHD: PGS.TS Lê Văn Việt Mẫn 27  pH tối ƣu của môi trƣờng lên men vào khoảng 7 – 7,5. Nếu pH qu{ cao, môi trƣờng mang tính kiềm, nó sẽ phân hủy sản phẩm cuối, hoặc ngăn cản quá trình tạo thành vitamin B12, vì thế h|m lƣợng vitamin B12 sẽ giảm đi.  Nếu pH quá thấp, tốc độ tăng trƣởng của vi sinh vật bị kiềm hãm, dẫn đến giảm h|m lƣợng vitamin B12. Nhiệt độ tối ƣu cho qu{ trình lên men là 28 - 320C. - Sinh học: Vi sinh vật sinh tổng hợp vitamin B12 trong tế bào.  Đ}y l| một quá trình rất phức tạp, trải qua rất nhiều giai đoạn khác nhau nhờ sự tham gia của rất nhiều enzym.  Quá trình bắt đầu bằng sự tạo th|nh c{c porphinin, sau đó l| gắn nucleotat và các thành phần khác vào. Porphinin của vitamin B12 khác với porphinin của xitocrom, clorofin ở chỗ nó chứa rất nhiều nhóm – CH2CH2COOH và – CH3. Công nghệ lên men thực phẩm GVHD: PGS.TS Lê Văn Việt Mẫn 28  Coban trong cấu tạo vitamin B12 đƣợc gắn vào bằng ba hóa trị thông thƣờng và ba hóa trị phụ. Chính côban tạo m|u đỏ cho vitamin B12.  Sự tạo thành porphinin bắt đầu từ succinat (đ}y l| sản phẩm trung gian của chu trình Krebs). Dẫn xuất của axit xucxinic là succinyl - CoA sẽ kết hợp với glyxin và tạo thành chu trình succinat-glyxin. Từ đó porphinin đƣợc tạo th|nh trên cơ sở acid -  - amino -  - cetoadipic sinh ra đƣợc khử cacboxyl thành monopyrol porphobilinogen  Coenzym B12 là một hợp chất có 5 - dezoxyadenozyl ở vị trí của nguyên tử Carbon trung tâm thay cho nhóm xianit. Coenzym corinoid tham gia vào phản ứng của các metylmalonyl - mutaza là phản ứng chuyển succinyl - CoA thành metylmalonyl - CoA trong lên men propionic.  Dƣới tác dụng thông khí, cacbinamit-5-dezoxyadenozin đƣợc chuyển thành 5,6 – dimetyl - benzinmidazol cobanit – 5 - dezoxyadenozin tức là phần quan trọng nhất đối với sự tạo thành vitamin B12.  Bên cạnh acid propionic, acid acetic cũng đƣợc sản xuất trong điều kiện yếm khí, với tỉ lệ 2:1. Acid propionic ở h|m lƣợng thấp có thể ức chế các vi sinh vật nhiễm v|o môi trƣờng lên men nhƣ vi khuẩn acid lactic, vi khuẩn acid acetic. Propionibacterium có thể chịu đƣợc nồng độ acid propionic xấp xỉ 20g/l (pH lên men gần bằng 7), đ}y cũng l| nồng độ tại đó sự tạo thành acid propionic bị kiềm hãm. Acid propionic không phân ly là chất độc đối với Propionibacterium shermanii. Tốc độ sinh trƣởng riêng giảm nhanh khi nồng độ acid propionic trên 5 mM. H|m lƣợng acid propionic lớn nhất chấp nhận đƣợc khi lên men đạt 25 - 35g sinh khối/l. H|m lƣợng acid propionic là 1 yếu tố hạn chế sự tăng sinh khối, và sản xuất vitamin B12.  Thiết bị lên men: Ta sử dụng hệ thống gồm nhiều bình lên men nối tiếp. Cấu tạo của bình lên men: cấu tạo tƣơng tự nhƣ thiết bị nhân giống vi sinh vật. Chúng cũng cũng có dạng hình trụ đứng, đƣợc chế tạo từ vật liệu thép không rỉ. Bên trong thiết bị có hệ thống cánh khuấy v| c{c đầu dò nhiệt độ, pH… để có thể theo dõi trực tiếp các thông số công nghệ trong quá trình lên men. Motor cho cánh khuấy thƣờng đƣợc đặt phía trên nắp thiết bị. Còn Công nghệ lên men thực phẩm GVHD: PGS.TS Lê Văn Việt Mẫn 29 cửa nạp v| th{o môi trƣờng đƣợc bố trí phía đ{y. Ngo|i ra thiết bị còn có cửa quan sát, van lấy mẫu… Hình 8. Thiết bị lên men Hình 9. Thiết bị lên men vitamin B12 trong công nghiệp  Thông số công nghệ của thiết bị lên men - Thông khí bằng cách khuấy đảo liên tục. - Tốc độ thông khí: 0.5 lít/phút. - Lên men trong 6 - 8 ngày. - Nhiệt độ lên men 28 - 300C. Công nghệ lên men thực phẩm GVHD: PGS.TS Lê Văn Việt Mẫn 30 4. LY TÂM  Mục đích: - Chuẩn bị:Tách sinh khối ra khỏi canh trƣờng lên men, chuẩn bị cho quá trình acid hóa thu vitamin B12. - Khai thác: Tập trung vi khuẩn thành váng trên bề mặt để thu sinh khối vi sinh vật.  Các biến đổi: - Vật lý: Độ nhớt dung dịch giảm, nhiệt độ dung dịch tăng. Thực tế c{c cobamide đƣợc hình th|nh trong qu{ trình lên men đƣợc tích tụ trong tế b|o. Bƣớc đầu tiên l| t{ch tế b|o từ môi trƣờng lên men. M{y ly t}m tốc độ cao đƣợc sử dụng để tập trung vi khuẩn th|nh v{ng trên bề mặt, trong khi m|ng lọc đƣợc sử dụng để t{ch tế b|o.  Thiết bị sử dụng: thiết bị ly tâm lọc. Trên thành thùng quay của máy ly tâm lọc có đục lỗ v| đƣợc bọc bằng các lớp lƣới hoặc vải có kích thƣớc lỗ phù hợp với tính chất sản phẩm. Dƣới tác dụng của lực ly tâm pha lỏng bắn ra qua các lỗ, pha rắn nằm lại trên thành máy. Hình 10. Máy ly tâm lọc  Thông số công nghệ - Tốc độ quay: 4000 vòng/phút. - Năng suất nhập liệu: 363 lít/ phút. - Công suất động cơ: 30 KW. - Khối lƣợng thiết bị: 1.9 tấn. Công nghệ lên men thực phẩm GVHD: PGS.TS Lê Văn Việt Mẫn 31 5. ACID HÓA Vào lúc kết thúc quá trình thì coenzym B12 trong tế b|o đƣợc giải phóng nhờ phƣơng ph{p acid hóa bằng cách bổ sung KCN m| đƣợc chuyển thành cyancobalamin tức là vitamin B12 thật sự.  Mục đích: Khai th{c: Sau khi li t}m để thu tế bào vi sinh vật, ta sẽ tiến hành acid hóa để giải phóng vitamin B12 là sản phẩm nội bào của vi sinh vật.  Các biến đổi: Sinh học: Dƣới t{c động của acid, nhiệt, cyanide hoặc c{c phƣơng pháp khác sẽ phá vỡ thành tế bào vi sinh vật, giải phóng vitamin B12. Biện pháp bổ sung dung dịch cyanide để phân ly coenzyme khỏi vitamin và kết quả là tạo thành cyanocobalamin.  Thiết bị sử dụng: caùnh khuaáy thaùo lieäu boä phaän gia nhieät sinh khoái acid Hình 11. Thiết bị acid hóa  Thông số công nghệ: - Đƣờng kính cánh khuấy: 0.5m - Tốc độ cánh khuấy: 120 rpm. - Nhiệt độ bộ phận gia nhiệt: 550C Công nghệ lên men thực phẩm GVHD: PGS.TS Lê Văn Việt Mẫn 32 6. HẤP PHỤ Chất lỏng chứa vitamin B12 và tạp chất đƣợc tiếp xúc với 1 chất hấp phụ nhƣ divinylbenzene/styrene copolymer resin ở nhiệt độ 10 - 300C, và vitamin B12 chỉ đƣợc hấp phụ bởi resin.  Mục đích: Khai th{c: l|m tăng h|m lƣợng vitamin B12 bằng cách hấp phụ vitamin trên divinylbenzene/styrene copolymer resin, tách vitamin khỏi tạp chất.  Các biến đổi:  Hóa lý: Vitamin B12 đƣợc hấp phụ bởi nhựa trao đổi ion cation (cation ion exchange resin), vitamin sẽ bền vững hơn, đặc biệt trong điều kiện có acid và chất bất lợi nhƣ acid ascorbic, kim loại… - pH giảm trong quá trình hấp phụ đến vùng resin hoạt động hiệu quả. - Nhiệt độ quá trình này vào khoảng 15 - 250C, có thể thấp hơn hoặc cao hơn, 1 gam resin có thể hấp thu 1,5 gam vitamin B12. - Tuy nhiên điều này còn phụ thuộc v|o độ tinh sạch của vitamin, nồng độ của dung dịch, nhiệt độ, resin, pH, và các yếu tố khác. Hình 12. Ion exchange resin Resin là acid polyacrylic hoặc acid polymethacrylic, m| trong đó có những phân tử nối với nhóm divinyl thơm nhƣ l| divinylbenzenne. Resin có tên thƣơng mại là Amberlites.  Vật lý: Sự hiện diện của muối vô cơ hòa tan trong qu{ trình hấp phụ vitamin B12 bằng resin sẽ làm giảm một cách tích cực tỉ lệ hấp phụ.  Thông số công nghệ: - Kích thƣớc resin: 10-8 – 10-7 m, tối thiểu là 10-4m, diện tích bề mặt riêng: ít nhất là 200m2/g Công nghệ lên men thực phẩm GVHD: PGS.TS Lê Văn Việt Mẫn 33 - Một số loại resin: Amberlite XAD-2, DIAION HP-20, HP-21, HP-2 mG.  Nguyên nhân của việc lựa chọn resin để hấp phụ vitamin B12 Vitamin B12 đƣợc hấp phụ trên resin thì không bị ảnh hƣởng bởi dịch dạ d|y, qua hệ thống dạ d|y, xuống ruột, pH cao hơn, vitamin sẽ tho{t khỏi resin, đi v|o hệ thống ruột. Để kiểm chứng điều n|y ta l|m nhƣ sau:  Pha 1 lít dung dịch chứa 1.4g NaCl, 0.5g KCl, 0.06g CaCl2, 6.94 g acid HCl 36%, 3.2g pepsin.  Hòa tan 2g resin đã hấp thu vitamin B12 vào 200ml dung dịch, để trong 4h. Kết quả là chỉ có dƣới 10% vitamin B12 bị tách khỏi resin, hơn 90% vitamin vẫn còn lại trên resin.  Tuy nhiên, với dịch ruột gồm NaHCO3 và dịch tụy, thì trong vòng 30 phút, toàn bộ vitamin bị tách khỏi resin. Một thí nghiệm khác là trộn 6.88g resin có chứa vitamin B12 với 7.5g acid ascorbic, 17.82g sucrose, 14.62g lactose, 3.56g bột bắp, thêm 4.5 ml dung dịch gum acacia, sau đó sấy ở 1200C, rồi ép thành viên. Sau 4 tuần, ở 500C, hàm lƣợng vitamin B12 vẫn còn nhiều, khá bền với nhiệt. Hoặc ta có thể trộn 10mg resin-vitamin B12 với 10g vitamin B1, 10g riboflavin, 50g niacinamide, 5g calcium pantothenate, đóng th|nh viên.  Yêu cầu: Những tế b|o chƣa bị acid hóa cũng đƣợc hấp phụ trên resin, để tránh làm tổn hại đến những tế bào này, ta phải tiến h|nh trong điều kiện môi trƣờng trung tính, tránh nhiệt độ quá cao. Dịch lên men phải tƣơng đối tinh sạch: không chứa các tạp chất màu, mùi khó chịu. Qu{ trình hấp phụ diễn ra ở nhiệt độ phòng, gi{ trị pH tối ƣu v| thời gian tối ƣu tiếp xúc tiếp xúc với resin phụ thuộc v|o chất lƣợng dung dịch chứa vitamin v| h|m lƣợng tạp chất trong dung dịch. Công nghệ lên men thực phẩm GVHD: PGS.TS Lê Văn Việt Mẫn 34 7. GIẢI HẤP  Mục đích: Khai th{c: tăng h|m lƣợng vitamin B12, rửa resin bằng dung dịch đệm pH thu hồi vitamin B12 và thu hồi resin để tái sử dụng.  Các biến đổi: Sau đó resin n|y đƣợc đem rửa với nƣớc hoặc dung dịch cồn có độ cồn thấp hơn 20%, hoặc dung dịch acid yếu. Dung dịch thu đƣợc có thể chứa cồn ở nồng độ 20% methanol, 10% ethanol hoặc 5% isoprpanol, hoặc 1 dung dịch acid yếu nhƣ dung dịch acid phosphoric 1%, acid acetic 1%, acid boric 1%, hoặc acid clohydric 0,1%. Quá trình phân tách vitamin B12 bao gồm: 1. Mang dung dịch chứa vitamin B12 và tạp chất tiếp xúc với divinylbenzene/styrene copolymer resin. 2. Vitamin B12 đƣợc hấp phụ trên resin. 3. Dùng chất rửa thích hợp để thu hồi vitamin B12. Chất rửa là dung dịch chứa nƣớc có các hợp chất đƣợc chọn lọc từ ketone mạch ngắn, ester mạch ngắn, ether mạch ngắn. 4. Thu dung dịch rửa.  Thiết bị sử dụng: Ta sử dụng thiết bị hấp phụ kết hợp giải hấp Hình 13. Thiết bị giải hấp Công nghệ lên men thực phẩm GVHD: PGS.TS Lê Văn Việt Mẫn 35 8. CÔ ĐẶC  Mục đích: - Chuẩn bị cho quá trình kết tinh vitamin B12. - Khai th{c: tăng nồng độ vitamin trong dung dịch đến nồng độ 15- 30%. H|m lƣợng vitamin B12 là 4-7 mg/kg.  Các biến đổi: - Vật lý: thể tích giảm, nhiệt độ tăng. - Hóa lý: Nƣớc từ trạng thái lỏng chuyển qua trạng th{i hơi v| tho{t ra môi trƣờng xung quanh.  Thiết bị sử dụng: Qu{ trình cô đặc đƣợc thực hiện bằng thiết bị cô đặc chân không với buồng đốt có ống tuần hoàn ngoài và có kèm theo thiết bị ngƣng tụ Baromet. Hình 14. Thiết bị cô đặc chân không  Thông số công nghệ PCK 720mmHg Phơi  2kg/cm2 Thời gian 23h (khi đạt Bx yêu cầu) Nhiệt độ 800C Công nghệ lên men thực phẩm GVHD: PGS.TS Lê Văn Việt Mẫn 36  Nguyên tắc hoạt động Dung dịch đi v|o buồng đốt đƣợc đun sôi để tạo th|nh hỗn hợp hơi lỏng đi v|o buồng bốc, ở đ}y hơi thứ đƣợc t{ch ra v| đi lên phía trên. Dung dịch quay về buồng đốt theo ống tuần ho|n ngo|i. Thiết bị hoạt động theo nguyên tắc đối lƣu tự nhiên do sự chênh lệch khối lƣợng riêng ở những vùng nguyên liệu có nhiệt độ kh{c nhau. Ở buồng bốc, nguyên liệu bốc hơi l|m tăng độ Bx, dẫn đến l|m tăng khối lƣợng riêng, ở buồng đốt đƣợc gia nhiệt nên khối lƣợng riêng nhẹ hơn. Do vậy m| nguyn liệu sẽ tuần ho|n từ buồng bốc sang buồng đốt v| đẩy nguyn liệu từ buồng đốt sang buồng bốc. Khi nồng độ chất khô đạt yêu cầu, dung dịch sẽ đƣợc xả xuống theo từng mẻ. Hỗn hợp lỏng – hơi trong buồng bốc đƣợc ph}n ly nhờ hai yếu tố: chiều cao buồng bốc v| sự thay đổi qu{n tính của hỗn hợp khi v|o bộ phận t{ch bọt. Hơi thứ đi v|o thiết bị Baromet v| đƣợc l|m nguội tại đ}y. 9. KẾT TINH  Mục đích: - Khai th{c: h|m lƣợng vitamin tăng lên - Hoàn thiện : độ tinh sạch của vitamin cao hơn  Các biến đổi: - Vật lý: thể tích giảm, độ nhớt giảm, nhiệt độ giảm. - Hóa lý: trong quá trình kết tinh, biến đổi hóa lý là chủ yếu.Nƣớc bị bốc hơi l|m độ hòa tan của vật liệu giảm, dung dịch dần đạt đến trạng thái bão hòa và quá bão hòa. Có sự tạo mầm tinh thể, sau đó c{c tinh thể vitamin lớn lên theo yêu cầu. - Một phần dung môi đƣợc bay hơi. Hơi bay ra theo đƣờng bơm ch}n không. Nhiệt độ của dung dịch ở trạng thái bão hòa sẽ giảm đến nhiệt độ sôi tƣơng ứng với áp suất chân không trong thiết bị. Dung dịch đạt quá bão hòa và kết tinh. Dung môi bay hơi không chỉ do nhiệt độ vật lý của dung dịch mà còn do sự tỏa nhiệt khi kết tinh. Công nghệ lên men thực phẩm GVHD: PGS.TS Lê Văn Việt Mẫn 37 - Kết tinh tiến h|nh đồng thời bay hơi do hút ch}n không v| l|m lạnh sẽ làm quá trình diễn ra nhanh hơn, do đó c{c tinh thể sẽ hạn chế dính vào bề mặt thiết bị và thời gian rửa thiết bị sẽ đƣợc rút ngắn.  Thiết bị: thiết bị kết tinh chân không Hình 15. Thiết bị kết tinh chân không  Thông số công nghệ: - Áp suất chân không: 720mmHg - Nhiệt độ: 300C - Thời gian : 2 - 3h Công nghệ lên men thực phẩm GVHD: PGS.TS Lê Văn Việt Mẫn 38 10. LY TÂM  Mục đích: - Chuẩn bị: chuẩn bị cho quá trình sấy tiếp theo - Khai th{c: tăng h|m lƣợng vitamin - Hoàn thiện: độ tinh sạch của sản phẩm vitamin càng cao  Các biến đổi: - Vật lý: thể tích hỗn hợp giảm do nƣớc và các tạp chất đƣợc tách ra.  Thiết bị: máy lọc ly tâm Hình 16. Thiết bị lọc ly tâm  Thông số công nghệ: - Tốc độ quay: 1000 vòng/phút - Thời gian ly tâm: 6 phút. - Năng suất nhập liệu: 300 lít/phút - Công suất động cơ: 30 KW - Khối lƣợng thiết bị: 1 tấn Công nghệ lên men thực phẩm GVHD: PGS.TS Lê Văn Việt Mẫn 39 11. SẤY  Mục đích: - Hoàn thiện: sản phẩm vitamin khô.  Các biến đổi: - Vật lý: thể tích giảm, nhiệt độ hỗn hợp tăng - Hóa lý: nƣớc bốc hơi  Thiết bị: thiết bị sấy chân không hai nón Hình 17. Thiết bị sấy chân không 2 nón - Thiết bị n|y đƣợc dùng phổ biến để sấy những nguyên liệu nhạy cảm với nhiệt độ. Thiết bị hình trụ có lớp vỏ áo gia nhiệt bằng hơi hoặc dầu. Quá trình gia nhiệt đƣợc thực hiện dƣới điều kiện chân không, tốc độ khuấy nhẹ nhàng. - Thiết bị n|y có {p suất cao, ngay cả trong trƣờng hợp dung môi ít bay hơi, cho sản phẩm có độ ầm thấp. Bề mặt hình học của của lớp {o nhiệt, cho phép giảm thời gian của giai đoạn sấy, l|m tăng tính ổn định v| chất lƣợng của sản phẩm. Bụi sinh ra trong qu{ trình sản xuất sẽ đƣợc khử bởi hệ thống lọc đặt phía trên hệ thống t{ch hơi nƣớc. Thiết bị n|y đƣợc dùng để sản xuất trong điều kiện vô trùng. - Đối với thiết bị sấy ch}n không, ngƣời ta thƣờng dùng thùng hình nón. - Hệ thống kiểm so{t bụi bằng thiết bị lọc đặt trên đƣờng ống bơm chân không Công nghệ lên men thực phẩm GVHD: PGS.TS Lê Văn Việt Mẫn 40 Hình 18. Thiết bị sấy chân không  Thông số công nghệ: - Nhiệt độ: 40 - 450C - Áp suất chân không: 720mmHg Công nghệ lên men thực phẩm GVHD: PGS.TS Lê Văn Việt Mẫn 41 Phần IV: SẢN PHẨM Tinh thể vitamin B12 tạo th|nh có m|u đỏ do có chứa kim loại coban, có kích thƣớc kh{c nhau. Sau đó ngƣời ta sẽ dùng nguyên liệu n|y để tạo thành các sản phẩm dƣợc phẩm chứa vitamin B12 trên thị trƣờng. Hình 19. Tinh thể vitamin B12  Chỉ tiêu chất lượng sản phẩm Hình 20. Sản phẩm bột vitamin B12 Bảng 7. Chỉ tiêu sản phẩm vitamin B12 Cyanocobalamin 93% khối lƣợng Độ ẩm ≤ 8% Vi sinh Không có M|u sắc Sản phẩm m|u đỏ nhạt, bột rời, không kết dính Công nghệ lên men thực phẩm GVHD: PGS.TS Lê Văn Việt Mẫn 42  Quy trình sản xuất viên con nhộng hay viên nén chứa vitamin B12 Hình 21. Sản phẩm viên nén chứa vitamin B12 a. Viên con nhộng hay viên nén vitamin thƣờng chứa các chất phụ gia thêm vào trong quá trình sản xuất để cơ thể có thể hấp phụ đƣợc các vitamin này. Lactose, calci hoặc malto - dextrin đƣợc dùng làm chất độn trong các viên vitamin. Magie stearat hoặc acid stearic thƣờng đƣợc thêm vào viên nén với vai trò là chất bôi trơn. C{c phụ gia này giúp bột vitamin dễ nén thành viên hoặc thành viên con nhộng. Tinh bột hoặc gum cellulose biến tính thƣờng đƣợc cho v|o nhƣ l| một tác nhân làm phân hủy. Nó giúp hợp chất vitamin dễ hấp phụ trong cơ thể ngƣời. Viên nén vitamin thƣờng đƣợc bọc một lớp áo ngo|i để tạo màu sắc, hƣơng vị riêng.Điều n|y giúp x{c định cách hấp phụ thuốc trong cơ thể. Những lớp {o n|y đƣợc làm từ cellulose. b. Nhiều loại thảo mộc, chất kho{ng nhƣ canxi, sắt, kẽm đƣợc thêm vào hợp chất vitamin. c. Kiểm tra nguyên liệu Nhà sản xuất vitamin sẽ mua những nguyên liệu vitamin từ các nhà phân phối uy tín. Nguyên liệu vitamin đƣợc cung cấp phải có chứng nhận phân tích thành phần. Trong nhiều trƣờng hợp, nhà sản xuất sẽ gửi mẫu nguyên liệu đến nhiều phòng thí nghiệm độc lập để phân tích. d. Nhào trộn sơ bộ Nếu nguyên liệu không đƣợc kết hạt tốt, nó sẽ lọt qua máy xay và trở thành cặn. Một v|i vitamin đƣợc nhào trộn sơ bộ với các chất độn nhƣ malto-dextrin. Kỹ thuật viên phòng thí nghiệm có thể kiểm tra nhanh các mẻ Công nghệ lên men thực phẩm GVHD: PGS.TS Lê Văn Việt Mẫn 43 nguyên liệu khi làm việc với các thành phần mới và quyết định có cần thiết phải nhào trộn không. e. Làm ẩm nguyên liệu Đối với viên nén vitamin, kích thƣớc viên thuốc rất quan trọng để x{c định sự tạo hình bằng máy tạo viên nén. Trong nhiều trƣờng hợp, nguyên liệu vitamin đƣợc cung cấp từ các nhà phân phối đã có kích cỡ thích hợp cho sự tạo viên. Tuy nhiên một số trƣờng hợp cần phải làm ẩm nguyên liệu để tạo điều kiện cho quá trình kết hạt. Hình 22. Khuấy trộn thuốc Trong qu{ trình n|y, bột vitamin đƣợc trộn với nhiều loại cellulose, sau đó đƣợc l|m ẩm. Sau đó, hỗn hợp đƣợc sấy khô bằng m{y sấy. Sau khi sấy khô, hỗn hợp đƣợc đi qua m{y nghiền. Dƣới t{c dụng của m{y nghiền, c{c m|nh nguyên liệu lớn sẽ đƣợc l|m nhỏ hơn v| đạt đƣờng kính mong muốn. Sau đó hỗn hợp n|y sẽ đƣợc đem c}n v| trộn. f. Cân và trộn Tiếp theo, công nhân sẽ đem c}n hỗn hợp nguyên liệu. Sau khi cân, dùng máy trộn để trộn đều hỗn hợp khoảng 15-30 phút. Sau khi hoàn tất quá trình trộn, hỗn hợp sẽ đƣợc đem ép th|nh viên nén hay viên con nhộng. Công nghệ lên men thực phẩm GVHD: PGS.TS Lê Văn Việt Mẫn 44 Hình 23. Sơ đồ tạo viên con nhộng và viên nén Hỗn hợp vitamin đƣợc ép th|nh viên, có thể đƣợc bọc {o hoặc l|m th|nh viên con nhộng. g. Đ{nh bóng v| kiểm tra Viên con nhộng vitamin đƣợc đƣa v|o m{y đ{nh bóng. Bụi hoặc bột vitamin sót lại sẽ đƣợc chải sạch. h. Tạo viên Viên nén vitamin đƣợc tạo t