Enzyme Glucoamylase gvhd: pgs. Ts lê Văn Việt Mẫn

Thiết bị trộn dạng thùng quay, bên trong thùng có thể lắp thêm các thanh chặn để làm tăng hiệu quả của quá trình phối trộn. Nguyên liệu thường được cho vào với thể tích khoảng 50 – 60% thể tích thùng, rồi điều chỉnh tốc độ quay của thùng và thời gian phối trộn cho phù hợp

• 
  Tỉ lệ phối trộn: cám mì/cám gạo = 7/3
  
• 
  Tốc độ quay của thùng = 1/2 tốc độ giới hạn (tốc độ mà vật liệu bắt đầu di chuyển trên thành thùng do lực ly tâm)
  
• 
  Nhiệt độ phối trộn: 28 – 30^oC
  
• 
  Thời gian phối trộn: 15 phút
  

2. 
   Tiệt trùng
   

Quá trình tiệt trùng sẽ làm giảm lượng vi sinh vật có trong nguyên liệu, tức là giảm các yếu tố cạnh tranh và các yếu tố làm thay đổi thành phần dinh dưỡng môi trường lên men, nhằm tạo điều kiện tốt cho Aspergillus Niger phát triển và tạo hệ enzyme glucoamylase

• 
  Vật lí: trong quá trình tiệt trùng, biến đổi vật lý quan trọng nhất là sự tăng nhiệt độ của nguyên liệu, có sự giảm nhẹ khối lượng do sự bay hơi nước trong nguyên liệu.
  
• 
  Hóa học: các phản ứng hóa học xảy ra dưới tác dụng của nhiệt độ như phản ứng Maillard, oxy hóa chất béo, phân hủy một số vitamin… nhưng mức độ các phản ứng xảy ra không đáng kể.
  
• 
  Hóa lí: biến đổi hóa lý chủ yếu trong quá trình tiệt trùng nguyên liệu là sự bay hơi nước, tuy nhiên độ ẩm ban đầu của nguyên liệu cũng không quá cao nên mức độ bay hơi nước cũng không đáng kể.
  
• 
  Sinh học: dưới tác dụng của nhiệt độ cao các vi sinh vật sẽ bị ức chế hoặc tiêu diệt. đây chính là mục đích chính của quá trình.
  
• 
  Hóa sinh: nhiệt độ cao sẽ làm biến tính bất thuận nghịch các enzyme có mặt trong nguyên liệu, do đó chúng sẽ bị vô hoạt.
  

Trong công nhiệp vi sinh để tiệt trùng các môi trường dinh dưỡng dạng rời, người ta sử dụng rộng rãi các thiết bị tiệt trùng hình trụ dạng nằm ngang có áo hơi. Bên trong thiết bị tiệt trùng được bố trí hai trục với các cánh có thể quay một góc độ nào đó để dễ dàng điều chỉnh.

Điều đó cho phép xác định khe hở cần thiết theo hướng kính giữa các cánh và thành tường của thiết bị, nó phụ thuộc vào các tính chất hoá lý của các cấu tử và thành phần của môi trường. Các trục quay theo các hướng khác nhau làm cho môi trường chuyển đảo liên tục trong những hướng đối nhau. Loại cấu tạo này sẽ đảm bảo sự đảo trộn môi trường, làm giảm đáng kể sự vón cục và đảm bảo sự đồng nhất môi trường có thành phần nhiều cấu tử. Điều đó có ảnh hưởng tốt tới quá trình nuôi cấy.

Hơi có áp suất 0,2 MPa cho vào áo tơi để làm tăng nhanh quá trình đun nóng môi trường. Môi trường được giữ ở chế độ tiệt trùng đã cho khi khởi động chu kì các cơ cấu chuyển đảo. Sau khi tiệt trùng, môi trường sẽ được làm nguội về 38 – 40⁰C và thoát liệu ra ngoài. Tiến hành tháo môi trường dinh dưỡng đã được tiệt trùng qua cửa tháo liệu bên dưới. Cửa tháo liệu có các nắp trong và ngoài được lắp chặt bằng các vít. Ngoài ra, thiết bị tiệt trùng còn có các cửa nạp liệu, nhiều khớp nối để nạp hơi và thải nước ngưng, để nạp và thải nước làm lạnh, cho các dụng cụ kiểm tra và điều chỉnh nhiệt độ, áp suất và có van bảo hiểm.

• 
  Nhiệt độ: 121⁰C
  
• 
  Thời gian: 20 – 30 phút
  

3. 
   Quá trình nhân giống
   

Các biến đổi trong quá trình nhân giống:

• 
  Sinh học: vi sinh vật thực hiện quá trình trao đổi chất và sinh sản tạo ra nhiều tế bào mới.
  
• 
  Hóa sinh: các phản ứng hóa sinh xảy ra bên trong và ngoài tế bào, hầu hết chúng đều có liên quan đến sự trao đổi chất của tế bào. Các phản ứng này được chia làm hai nhóm:
  

• 
  Phản ứng dị hóa: chuyển hóa cơ chất phức tạp thành cơ chất đơn giản hoặc phân giải cơ chất để tạo ra năng lượng sinh học.
  
• 
  Phản ứng đồng hóa: tổng hợp các polymer sinh học của tế bào từ các hợp chất đơn giản và năng lượng do dị hóa cung cấp.
  

• 
  Vật lý: có sự tăng nhiệt độ canh trường, do trong quá trình sinh trưởng một phần năng lượng sẽ được vi sinh vật thải ra bên ngoài tế bào dưới dạng nhiệt năng.
  

• 
  Trong phòng thí nghiệm: Ở số lượng nhỏ. Môi trường nhân giống được đưa tiệt trùng, sau đó cấy giống vi sinh vật vào môi trường và cho sinh trưởng ở điều kiện bình thường.
  
• 
  Trong phân xưởng: Ta sử dụng thiết bị lên men hình trụ, có cánh khuấy, bộ phận sục khí và lớp vỏ điều nhiệt.
  

• 
  Nhiệt độ môi trường: 28 – 32^oC
  
• 
  Độ ẩm môi trường: 60 – 65%
  

4. 
   Cấy giống
   

Các biến đổi của nguyên liệu: Không có biến đổi đáng kể.

Thiết bị: Thiết bị phun bào tử vi sinh vật

Môi trường sau khi được xử lý sẽ được phân phối vào các khay rồi được đưa vào một thiết bị kín có băng tải, các khay di chuyển trên băng tải, giống được cấy vào môi trường bằng cách phun bào tử lên bề mặt môi trường nhờ hệ thống vòi phun ở phía trên.

Thông số công nghệ:

• 
  Tỉ lệ giống cấy: 5 – 10% v/v
  

5. 
   Lên men
   

• 
  Sinh học: biến đổi sinh học quan trọng trong quá trình lên men là sự trao đổi chất và sự sinh trưởng của nấm mốc. Chúng sẽ tiết enzyme phân giải cơ chất trong môi trường tạo nguyên liệu phục vụ cho việc xây dựng tế bào và sản sinh năng lượng trong hoạt động trao đổi chất.
  
• 
  Hóa học và hóa sinh:
  
• 
  Hóa lý: một số biến đổi về pha trong quá trình lên men như sự hòa tan một phần oxy do việc sục khí và khuấy trộn canh trường, khí CO₂ do vi sinh vật thải ra trong quá trình phân giải cơ chất cũng sẽ hòa tan một phần trong canh trường….
  
• 
  Vật lý: sự tăng nhiệt độ canh trường do năng lượng được thải ra từ hoạt động sống của vi sinh vật, sự thay đổi về tỷ trọng, khối lượng….
  

Toàn bộ chu kì sinh trưởng của Aspergillus Niger trên cám có thể chia làm 3 thời kỳ:

• 
  Trong 10 – 14 giờ đầu, xảy ra sự trương đính bào tử và bắt đầu mọc nấm. Trong thời kỳ này phòng nuôi cấy cần giữ ở nhiệt độ không dưới 28 – 30⁰C, để không kiềm hãm sự phát triển ban đầu của chúng.
  
• 
  Qua thời gian trên, hệ sợi nấm bắt đầu phát triển nhanh. Thời kỳ này kéo dài trong khoảng 14 – 18 giờ. Aspergillus niger phát triển mạnh mẽ, sử dụng một lượng lớn các chất dinh dưỡng, hô hấp rất mạnh và một lượng lớn lượng nhiệt tỏa ra nhiều. Vì vậy trong lớp canh trường nhiệt độ tăng lên đến 37 – 40⁰C và có thể còn cao hơn tùy thuộc vào độ dày của lớp. Do đó cần phải thổi không khí điều tiết có nhiệt độ không thấp hơn 28 – 29⁰C và có độ ẩm tương đối cực đại vào.
  
• 
  Thời kỳ thứ 3 kéo dài trong 10 – 20 giờ. Trong thời kỳ này, quá trình trao đổi chất xảy ra không mạnh mẽ lắm và dần dần yếu đi, lượng nhiệt thoát ra bé hơn, nhưng sự tạo thành enzyme có thể còn xảy ra. Phụ thuộc vào tính chất sinh lý của chúng và sự kết thúc sinh tổng hợp enzyme, mà có thể làm ngừng sự phát triển của Aspergillus niger vào một thời gian bất kỳ.
  

Thông số công nghệ:

Buồng nuôi cấy là buồng kín có kích thước 10000×2800×2100 mm với hai cửa, một cửa nối với hành lang thải liệu. Bên trong phòng có ba đoạn ống thông khí để nạp không khí điều hoà từ một hướng, còn từ hướng ngược lại – các ống để thải không khí trong phòng. Diện tích của phòng được tính cho 18 – 20 giàn có khoảng 9 – 10 khay cho mỗi bên. Khoảng cách giữa các giàn 80 – 100 mm, giữa các giàn có khoảng cách rộng 1000 – 1200 mm để đi lại và cách tường 200 – 300 mm.

Các bộ điều hoà độc lập được phân bổ trên các phòng tiệt trùng nhằm để đẩy không khí có nhiệt độ 22 – 32⁰C, độ ẩm tương đối 96 – 98% vào phòng. Không khí tuần hoàn có bổ sung 10% không khí sạch từ bộ điều hoà chính, các hành lang nạp và tháo của các phòng cần phải cách ly các phòng bên cạnh. Điều đó thực hiện được nhờ thông gió hai chiều khi trao đổi không khí nhiều lần (đến 8 lần) và nhờ làm sạch không khí thải khỏi các bào tử.

6. 
   Nghiền
   

Mục đích công nghệ: chuẩn bị cho quá trình trích ly

Quá trình nghiền làm cho nguyên liệu như cám mì, cám trở nên tơi xốp hơn, làm tăng diện tích bề mặt tiếp xúc và tăng hiệu quả sử dụng cơ chất, đồng đều về kích thước và dễ phối trộn. Ở đây, do cám mì và cám gạo đã ở sẵn dạng bột, ta có thể bỏ qua quá trình nghiền, tuy nhiên nếu nguyên liệu xuất hiện nhiều hạt kích thước lớn do vón cục bởi độ ẩm, ta sẽ phải cho nguyên liệu qua máy nghiền.

Các biến đổi của nguyên liệu:

• 
  Vật lí: quan trọng nhất trong quá trình nghiền là kích thước nguyên liệu sẽ giảm, diện tích bề mặt riêng tăng lên. Việc tăng diện tích bề mặt riêng có thể là tăng hiệu quả của quá trình truyền nhiệt và truyền khối. Trong quá trình nghiền, dưới tác dụng của các lực, nhiệt độ của vật liệu sẽ tăng lên, chủ yếu do lực ma sát.
  
• 
  Hóa học: Khi nghiền vật liệu, cấu trúc của vật liệu bị phá vỡ, các thành phần dễ bị oxy hóa trong vật liệu như các acid béo, vitamin,... sẽ có điều kiện tiếp xúc với oxy, do đó các phản ứng oxy hóa sẽ xảy ra, làm giảm giá trị dinh dưỡng của môi trường. Ngoài ra, còn có một số phản ứng hóa học khác diễn ra trong quá trình nghiền do nhiệt sinh ra thúc đẩy các phản ứng hóa học dễ xảy ra hơn.
  
• 
  Hóa lí: diện tích bề mặt riêng tăng và nhiệt độ tăng nên tốc độ bay hơi tăng, tổn thất các cấu tử dễ bay hơi. Ngoài ra, việc tăng diện tích bề mặt sẽ làm tăng quá trình hút ẩm của nguyên liệu và việc tăng nhiệt độ có thể làm đông tụ protein.
  
• 
  Sinh học: khi nghiền vật liệu, dưới tác dụng của lực cơ học, vi sinh vật có thể bị tiêu diệt nhưng mức độ không đáng kể. Sau khi nghiền, diện tích bề mặt riêng tăng, mật độ vi sinh vật có thể tăng lên. Đồng thời, các thành phần dinh dưỡng thích hợp của vi sinh vật bên trong nguyên liệu có thể thoát ra bề mặt, làm vi sinh vật phát triền mạnh hơn. Sự phát triển của vi sinh vật có thể làm giảm chất lượng môi trường, ảnh hưởng đến chế độ thanh trùng.
  
• 
  Hóa sinh: các phản ứng oxy hóa được xúc tác bởi enzyme sẽ diễn ra mạnh hơn do tiếp xúc với oxy nhiều hơn.
  

Thiết bị: