các thiết bị lên men nuôi cấy chìm vi sinh vật trong các môi trường dinh dưỡng lỏng 2

Các thiết bị lên men nuôi cấy chìm vi sinh vật trong các môi trường dinh dưỡng lỏng 2 I. Đặt vấn đề: Nuôi cấy vi sinh vật để sản xuất các sản phẩm của các chất hoạt hóa sinh học là quá trình tinh vi và phức tạp để thu nhận các sản phẩm tổng hợp vi sinh. Tổng hợp sinh học các chất hoạt hóa sinh học do vi sinh vật tạo ra phụ thuộc vào một số yếu tố như nhiệt độ, pH của môi trường và canh trường phát triển, nồng độ hòa tan, thời gian nuôi cấy, kết cấu và vật liệu thiết bị… Trong chương này chúng tôi sẽ giới thiệu một số thiết bị lên men công nghiệp được ứng dụng để cấy chìm vi sinh vật. II. Nội dung: I. Các thiết bị lên men không đòi hỏi tiệt trùng các quá trình nuôi cấy vi sinh vật 1.1 Các thiết bị hình trụ có bộ phận bơm dâng bằng khí nén với sức chứa 1300m³: 1.1.1 Mục đích, ý nghĩa: Thiết bị này được dùng để nuôi cấy nấm men một cách liên tục trong nước quả. 1.1.2. Đặc điểm, cấu tạo: Nó gồm các vỏ thép hàn, đáy hình nón cụt và nắp hình nón có lỗ ở chính giữa. Hình 1: Thiết bị lên men hình trụ có bộ phận Bốn ống khuếch tán 7 được lắp bên trong thiết bị để tạo ra 4 dòng tuần hoàn độc lập. Không khí nén được đẩy qua ống góp 2 vào các ống trung tâm của mỗi ống khuếch tán, ở cuối ống trung tâm có côn và chậu 8. Thùng phân phối được đặt trên nắp thiết bị, dịch lên men, nước quả, nấm men và nước amoniac cho vào các khớp nối 3,4,5. Tất cả các cấu tử được trộn lại và tạo ra được một dung dịch dưỡng và theo các ống có đường kính 100mm chảy xuống dưới các chậu của thiết bị thổi khí. Hỗn hợp dinh dưỡng khi chảy qua mép chậu được khuấy trộn với không khí thoát qua khe dưới chậu. Nhũ tương không khí-chất lỏng được tạo thành dâng lên theo ống khuếch tán đến tấm chắn 6 thì bị phá vỡ và chạy xuống dưới. Dùng thiết bị tưới dưới dạng ống góp để làm lạnh tường ngoài thiết bị. 1.1.3. Ưu, nhược điểm: - Ưu điểm: + Thiết bị có cấu tạo khá đơn giản. + Có dung tích nuôi cấy lớn. + Thiết bị làm việc lien tục. - Nhược điểm: chi phí đầu tư lớn. 1.2 Thiết bị lên men dạng tháp Các thiết bị này bao gồm loại đĩa và không có cơ cấu chuyển đảo nằm ngang. Thiết bị lên men dạng phun. Thiết bị lên men của Đức với sự trao đổi khối mạnh. Có thể tích đến 10000m³, sử dụng phương pháp các tia ngầm. 1.2.1. Đặc điểm cấu tao Hoạt động của thiết bị được mô tả dưới đây: bơm ly tâm có chức năng khử khí đẩy chất lỏng đến cửa vào của thiết bị lên men dạng đứng. Chất lỏng chảy xuống dọc theo tường đứng ở dạng dòng vòng khuyên. Dòng chảy rối ở đầu cuối nằm ngang mức bề mặt chất lỏng của hỗn hợp bị thắt lại trong tiết diện ngang của ống và từ đó chảy thành dạng tia để tạo ra vùng áp suất thấp. Khi tạo hỗn hợp đồng hoá với chất lỏng thì không khí được hút qua lỗ ở đỉnh khoang trong vùng áp suất thấp. Chất lỏng sủi bọt(ở dạng tia xâm nhập tự do, do dự trữ năng lượng động học) đến đáy của thiết bị lên men, tạo ra trường rối mạnh trong dung dịch canh trường. Các bọt khí từ đáy thiết bị nổi lên bề mặt, một lần nữa qua trường rối được tạo ra từ các tia xâm nhập tự do. Nhờ hệ thổi khí tương tự như thế có thể đảm bảo cung cấp oxy cho các thiết bị len men loại lớn có thể tích lên 2000m³ khi cường độ khuấy mạnh. Khi tốc độ chuyển động của các dòng tia 8-12m/s và áp suất không đổi thì sự phân tán của không khí sẽ đạt được tốt. Nhờ tác động phun ở vùng vào của dòng, nhờ chuyển động diểm ở tường của thiết bị và nhờ đảo trôn các bọt khí mà thực hiện việc lựa chọn thích hợp cho xung lượng có dòng nạp tự do, nhằm đảm bảo sự khuấy trộn mạnh canh trường nuôi cấy. Các bọt khí trong luồng hầu như hoàn toàn đến đáy thiết bị, còn khi nổi lên bề mặt thiết bị bị phá huỷ bởi trường rối. Trong trường hợp giảm lượng chất lỏng tuần hoàn thì sự phân tán không khí được tăng lên đáng kể và nó được phân bổ đều theo toàn thể tích thiết bị. Tốc độ trao đổi khí tăng tuyến tính với sự tăng dòng chất lỏng tuần hoàn và tiêu hao năng lượng trong một khoảng hoạt động rộng. Cho nên quá trình thổi khí có thể điều chỉnh bởi tốc độ truyền khí. Trong các thiết bị có kết cấu được nêu trên, nhu cầu về năng lượng để nạp không khí rất nhỏ và năng lượng của dòng tuần hoàn sẽ đảm bảo độ rối cần thiết để trao đổi khối. Những điều kiện cần thiết để trao đổi khối mạnh trong thiết bị là: độ rối cao, sự phân tán không khí tốt, thời gian có mặt của không khí trong canh trường lâu và đồng hoá môi trường cao. Hình 2: Thiết bị lên men dạng phun 1-Cửa không khí vào; 2- Đường ống không khí thải; 3-Hầm tháo nước; 4- Tường thiết bị; 5- Đường ống cao áp;6- Đường ống hút;7- Bơm tuần hoàn Bơm tuần hoàn là bộ phận chính của toàn hệ, phương pháp luồng ngầm có hiệu quả đặc biệt đối với các quá trình có tốc độ trao đổi khối cao. Trong trường hợp tổ hợp tầng của các thiết bị hay sự phân chia bên trong thiết bị có sức chứa lớn ra thành 2-3 phần và tất cả các ngăn được nối lại nhờ các máng rót để môi trường theo đó chảy từ trên xuống máng dưới, mỗi lần chảy như thế được bảo hoà oxy của không khí. Lượng chất tuần hoàn được hạn chế bởi sự cấp liệu của bơm chuyển. Khi phân bổ thành 3 tầng lượng bơm cần thiết cho thiết bị một tầng với chiều cao chuyển là bội số 3 thì được rút ngắn được 3 lần. Bọt được tạo thành trong quá trình thổi khí cũng được chuyển xuống dưới, cho nên cơ cấu khử bọt được định vị ở phần dưới của thiết bị.Tiến hành thải nhiệt sinh lý trong bộ trao đổi nhiệt đặc biệt. 1.2.2. Ưu, nhược điểm: - Ưu điểm: + Thiết bị dạng tháp có nhiều triển vọng bởi kết cấu đơn giản, khả năng tăng cường quá trình sinh tổng hợp và công suất đơn vị lớn. + Về kết cấu thiết bị dạng tháp: là không có các thùng quay chuyển động và diện tích chiếm chỗ nhỏ. + cơ cấu đơn giản, dung lượng lớn, đảm bảo thổi khí mạnh và đảm bảo truyền khối mà không cần cơ cấu đảo trộn, làm cho kết cấu này trở nên có triển vọng trong công nghiệp vi sinh - Nhược điểm: dạng thiết bị trên để nuôi cấy vi sinh vật trong điều kiện tiệt trùng rất phức tạp vì do khó khăn vì độ kín của các bơm tuần hoàn, nhưng tiện lợi đối với quá trình tiệt trùng bằng hơi. Các thiết bị lên men có hệ thông gió dạng phun: 1.3.1 Thiết bị lên men Â-50: Kết cấu của thiết bị có dạng dung lượng xilanh đứng với sức chứa 800m³ ( hệ số chứa đầy 0,4), được chia làm 12 ngăn. Mỗi ngăn có cơ cấu khuấy trộn và thổi khí. Thết bị được trang bị các bộ đảo trộn để thực hiện chức năng khuấy trộn pha lỏng và cung cấp không khí. Trong quá trình quay của bộ đảo trộn ở vị trí thoát chất lỏng, không khí được hút vào, vùng hạ áp được tạo ra. Khi đó không khí hoà mạnh vào chất lỏng, làm bảo hoà oxy chất lỏng. Hình 3: Thiết bị lên men Â-50 1- Rãnh vòng; 2- Ống thông gió; 3- Bộ khử bột; 4- Bộ phân ly; 5- xilanh; 6- Dẫn động; 7- Bộ phận trao đổi nhiệt; 8- Ống khuếch tán; 9- Cốc xilanh; 10- Cơ cấu phun 1.3.2 Thiết bị nuôi cấy nấm men trong môi trường rắn ĂÔĐ-76-900 để nuôi cấy nấm mem paraffin. Hiện tại loại thiết bị này được thực nghiệm rộng rãi trong các nhà máy sản xuất chất cô chứa vitamin và protein. Thiết bị lên men gồm vỏ 1; vòng tuần hoàn đột lỗ 2; ống khuếch tán trung tâm 5; các cơ cấu thổi khí 3 được lắp trong vòng tuần hoàn đột lỗ và trong các ống trung tâm; các bộ trao đổi nhiệt 7 và bộ tách giọt 4. Động cơ 6 dẫn động cho các cơ cấu thổi khí. Nạp vào thiết bị môi trường dinh dưỡng chứa parafin, muối khoáng, các nguyên tố vi lượng, nước amoniac và tháo thành phẩm ra khỏi bộ phân ly qua khớp nối. Nạp không khí để thổi cho canh trường bằng phương pháp tự hút. Khi các bộ thông gió sục khí cho môi trường thì sự trao đổi khối được xảy ra qua bộ trao đổi nhiệt để tạo ra những dòng lên xuống. Vỏ thiết bị được chế tạo bằng thép không gỉ, hai lớp, còn các bộ trao đổi nhiệt, các cơ cấu trao đổi khí và các vách ngăn – bằng thép nguyên khối. Hình 4: Thiết bị nuôi cấy nấm men trên môi trường rắn ĂÔĐ-76-900 1- Vỏ; 2- Vòng tuần hoàn đột lỗ; 3- Cơ cấu thổi khí; 4- Bộ tách giọt; 5- Ống khuếch tán trung tâm; 6- Động cơ; 7- Bộ trao đổi nhiệt 1.3.3Ưu, nhược điểm - Ưu điểm: kết cấu đơn giản - Nhược điểm: trục thiết bị bị rung động, nhiễm bẩn bề mặt trao đổi nhiệt và giảm hệ số trao đổi nhiệt. 1.3.4 Pham vi ứng dụng: Loại thiết bị này được ứng dụng để nuôi cấy chủng nấm men đặc biệt trong môi trường dinh dưỡng chứa paraffin lỏng Thiết bị lên men trao đổi khối mạnh: Mục đích, ý nghĩa: Mục đích chính của thiết bị này là tăng nồng độ vi sinh vật trong dung dịch canh trường, tăng điều kiện thổi khí và tăng năng suất thiết bị 1.4.2 Đặc điểm, cấu tạo Thiết bị là một dung lượng xilanh 17, bên trong lắp xilanh hướng 2. hai đoạn ống 4 và 18 định vị cho xilanh hướng trong dung lượng. Đoạn ống 18 được lắp chặt trên đáy và chia dung lượng làm hai phòng: phòng 19 dùng đẻ nuôi cấy canh trường, còn trong phòng 20 tận dụng bổ sung nguyên liệu ban đầu. Đoạn ống 4 lắp cách mặt đáy của dung lượng. Bên trong xilanh định hướng 2 và trong không gian giữa tường dung lượng và trong đoạn ống 4 được bố trí các ống góp 16. Các ống góp được lắp chặt bởi các ống đột lỗ 21. Trong không gian giữa xilanh hướng 2 và các đoan ống 18 và 4 có các bộ trao đổi nhiệt 1. để nạp không khí đến các ống trong phòng 19 dùng ống góp phân phối 7, còn trong phòng 20 – ống góp 5. Ở phần trên của dung lượng có ống góp 14 để thu nhận và làm khô bọt, bên trong được lắp các đĩa hình nón 15. Không khí thoát ra từ phòng 19 qua bộ tách khí 9. Máy khử bằng cơ học 12 với bộ dẫn hướng được lắp đặt trên các đĩa 15. Môi trường dinh dưỡng được đẩy vào thiết bị qua khớp 6. Sinh khối được tháo ra khỏi thiết bị qua khớp 11, còn không khí – qua khớp 8 và 13. Thiết bị hoạt động như sau: nạp hỗn hợp dinh dưỡng ban đầu vào phòng 19 qua khớp nối 3, còn không khí – vào thiết bị qua khớp nối 6. Trong phòng 19 xảy ra nuôi cấy sinh khối. Tuần hoàn và đảo trộn chất lỏng được thực hiện bởi thiết bị bơm dâng bằng khí nén. Từ phòng nuôi cấy, chất lỏng canh trường chảy qua đoạn ống 12 vào phòng 20, tại đây xảy ra tận dung bổ sung nguyên liệu. Bên trong phòng 19 và 20 dung dịch canh trường được thổi khí nhờ các ống đột nhiều lỗ. Sinh khối tháo ra khỏi phòng cùng với pha bọt được tạo thành ở phần trên của phòng. Sau đó bọt nổi lên theo các đường rãnh giữa các đĩa nón 15, được tách khỏi chất lỏng và được cô lại. Khử đã được cô lại bằng bộ khử bọt cơ học 12 và tháo ra khỏi khớp nối 11. Thải không khí khỏi phòng 19 qua khớp nối 8 nhở bộ tách khí 9, còn khỏi phòng 20 – qua khớp nối 13. Hình 5: Thiết bị cấy lên men trao đổi khối lạnh 1- Bộ trao đổi nhiệt; 2- Xilanh hướng; 3,6,8,11,13- Khớp nối; 4,18- Đoạn ống định vị; 5,7,14,16- Ống góp; 9- Bộ tách khí; 12- máy khử bọt cơ học; 15- Đĩa nón; 19- Phòng nuôi cấy canh trường; 20- Phòng tận dụng bổ sung dung lượng ban đầu; 21- Ống đột lỗ 1.4.3 Ưu, nhược điểm: - Ưu điểm: năng suất thiết bị lớn. - Nhược điểm: giá thành thiết bị lớn. II. KẾT CẤU CỦA CƠ CẤU THỔI KHÍ THRONG MÁY PHUN KIỂU TUABIN: Máy phun kiểu tuabin dó là loại kết cấu hút 2 tầng có các cửa trên và dưới để nạp và thả dung dịch. Loại này hoạt động như sau: không khí vào được trộn với chất lỏng khi thoát ra thì không khí được hướng lên trên và sau khi qua bộ đảo trộn được chia ra làm 2 dòng. Khi đi qua phần trung tâm của cơ cấu tuần hoàn, dòng thứ nhất vào cửa trên của cơ cấu phun, còn dòng thứ 2 hướng xuống dưới theo đường viền của cơ cấu tuần hoàn và khi chuyển động dưới đáy giả thì chuyển động xuống phía dưới. 2.1. Máy phun kiểu tuabin có các vòng đột lỗ: 2.1.1. Mục đích, ý nghĩa: Loại này được dung để thổi khí và khuấy trộn, môi trường giống khi nuôi cấy vi sinh vật đặc biệt là nấm men. Nhằm mục đích đơn giản hóa kết cấu máy phun kiểu tuabin, cơ cấu để phá dòng chất lỏng có dạng vòng đột lỗ, được lắp giữa các cánh của quạt và các phần tạo đường viền của vỏ máy. 2.1.2. Đặc điếm, cấu tạo: Máy phun gồm vỏ 10 lắp chặt trong ống thông rỗng khí 1 với các phần tạo đường viền 6 để hình thành vòi phun 4, các rãnh phân bổ 11 bên trong vòi phun hỗn hợp khí chất lỏng, quạt được lắp trong vỏ gồm các đĩa 9 và 8, các rãnh 3 giữa các đĩa, cơ cấu cho dòng chất lỏng có dạng vòng đột lỗ 5 được lắp chặt giữa các cánh quạt và các phần đột lỗ của roto. Các cánh của máy bơm dọc trục đẩy chất lỏng canh trường và dẫn vào phần chảy 7 của máy phun, tại đây các vòng đột lỗ 5 sẽ tạo ra nhiều vòng nhỏ. Các dòng này sẽ phun vào không khí được đẩy từ quạt và trong vòi phun 4 sẽ tạo ra hỗn hợp hơi-chất lỏng nhờ các cánh khuấy 11 hỗn hợp bị phân tán trong chất lỏng. Dòng khí- chất lỏng được phân tán chạy ra ngoài. 2.1.3. Ưu, nhược điểm: - Ưu điểm: Loại này cho phép làm đơn giản hóa kết cấu máy phun làm tốt hơn sự phân tán không khí và tăng tốc độ hút oxy trong chất lỏng. - Nhược điểm: bộ phận cánh quạt dễ bị gãy 2.2. Máy phun kiểu tuabin có các vòi: Máy phun này được đặc trưng bởi quá trình trao đổi khối tốt hơn, bằng cách nâng cao mức phân tán khí trong chất lỏng và tăng lượng khí xâm nhập vào chất lỏng. Để thực hiện được điều đó người ta lắp các vòi trong máy theo đường kính ngoài của các đĩa quạt nhằm phá hủy dòng chất lỏng. Khi đó những đoạn vào của các cánh để phun hỗn hợp khí- chất lỏng được phân bổ giữa các loài. 2.2.1. Đặc điểm, cấu tạo: Máy phun kiểu tuabin gồm có vỏ 8 với các đoạn ống đường viền 2 để hình thành vòng, vòi phun 4 được lắp chặt trên trục rỗng vủa ống thông khí 1, các cánh phân bổ 10 bên throng vòi phun để phun hỗn hợp khí- chất lỏng và quạt gắn trong vỏ gồm 2 đĩa 5, 6 với các cánh 3 ở giữa các đĩa Theo đường kính ngoài của các đĩa người ta phân bổ các vòi 9 để phá hủy các dòng chất lỏng.những đoạn vào các nhánh 10 để phun hỗn hợp khí- chất lỏng được phân bổ giữa các vòi. Chất lỏng ban đầu được hướng tới các vòi 9 nhờ các cánh 7, tại đây chất lỏng được phân chia ra một số dòng, chúng tiếp xúc với không khí vào từ quạt và đẩy vào vòi phun 4, rồi tiếp tục phân tán vào chất lỏng nhờ các cánh 9,10. Sau đó chất lỏng bảo hòa không khí được thoát ra ngoài. 2.2.2. Ưu, nhược điểm: - Ưu điểm: quá trình đảo trộn khí và chất lỏng được tốt hơn. - Nhược điểm: bộ phận vòi phun dễ bị hư hỏng. III. KẾT LUẬN: Tóm lại các quá trình nuôi cấy sản sinh ra các nấm men gia súc thuộc các quá trình nuôi cấy vi sinh vật không tiệt trùng. Theo kết cấu các thiết bị lên men để sản xuất nấm men tương tự như các thiết bị để sản xuất enzim, các kháng sinh chăn nuôi, các amino acid và các sản phẩm tổng hợp khác, nhưng không có sự bảo vệ hơi và không khí của trục quay và một số bộ phận kết cấu. Trong nhiều trường hợp để sản xuất nấm men gia súc, ứng dụng các thiết bị đã được sử dụng trong các quá trình tiệt trùng. 1. . Các thiết bị lên men nuôi cấy chìm vi sinh vật trong các môi trường dinh dưỡng lỏng 2 I. Đặt vấn đề: Nuôi cấy vi sinh vật để sản xuất các sản phẩm của các chất hoạt hóa sinh học. men công nghiệp được ứng dụng để cấy chìm vi sinh vật. II. Nội dung: I. Các thiết bị lên men không đòi hỏi tiệt trùng các quá trình nuôi cấy vi sinh vật 1.1 Các thiết bị hình trụ có bộ. canh trường phát triển, nồng độ hòa tan, thời gian nuôi cấy, kết cấu và vật liệu thiết bị Trong chương này chúng tôi sẽ giới thiệu một số thiết bị lên men công nghiệp được ứng dụng để cấy chìm

các thiết bị lên men nuôi cấy chìm vi sinh vật trong các môi trường dinh dưỡng lỏng 2

Thông tin tài liệu

Từ khóa liên quan

Tài liệu cùng người dùng

Tài liệu liên quan