CHƯƠNG 6

CHƯƠNG 6 KỸ THUẬT THU NHẬN CÁC SẢN PHẨM LÊN MEN Thu nhận các sản phẩm của các quá trình sinh học thường chia ra hai nhóm rất rõ rệt - Sản phẩm là sinh khối sinh vật - Sản phẩm là các chất được tạo thành trong quá trình trao đổi Việc thu nhận sản phẩm được bắt đầu bằng cách tách riêng tế bào ra khỏi môi trường dinh dưỡng. Nếu là những cơ thể có dạng hệ sợi thì người ta thường lọc, còn đối với vi khuẩn và nấm men thì li tâm. Việc xử lý tiếp theo là tuỳ theo sản phẩm được tiết ra môi trường dinh dưỡng hay tồn tại trong tế bào. Bản chất hoá học của sản phẩm quy định các biện pháp xử lý tiếp theo. Các biện pháp được sử dụng là chiết rút, hấp phụ, sàng phân tử và kết tủa. Các bước tinh chế tiếp theo được tiến hành kế tiếp ngay sau bước tách sản phẩm thường phải qua nhiều cấp, trước khi sản phẩm cuối cùng được đóng gói. Việc thu nhận sản phẩm với hiệu suất cao có ý nghĩa quyết định đối với tính kinh tế của một phương pháp. Bởi vậy, vấn đề tách và cô lập sản phẩm phải được chú ý ngay từ khi chọn chủng và chọn dịch dinh dưỡng. Việc tối ưu hoá phương pháp có liên quan đến tất cả các bước. Việc loại bỏ và sử dụng các phế và phụ phẩm cũng cần được chú ý tránh gây ô nhiễm môi trường. 6.1. Kỹ thuật tách sinh khối vi sinh vật Trong công nghệ sản xuất sinh khối vi sinh có hai dạng: 1- Sinh khối gồm các tế bào sống. Loại sinh khối này bao gồm vi sinh vật dùng trong sản xuất bánh mì và sinh khối vi sinh vật dùng trong sản xuất thuốc trừ sâu sinh học, vaccine dùng cho người và động vật. Các loại sinh khối này đòi hỏi phải đảm bảo tế bào ở dạng sống và có hoạt tính sinh học cao. Dó đó việc thi nhận chúng bắt buộc phải đảm bảo các đặc tính đó không bị thay đổi. 2- Sinh khối gồm những tế bào vi sinh vật chết. Loại sinh khối này được sử dụng vào hai mục đích: làm thực phẩm cho người, gia súc. Sinh khối bao gồm các tế bào chết không cần đến sự hoạt động của chúng, do đó việc thu nhận chúng trở nên dễ dàng hơn. Từ đó ta có thể áp dụng các phương pháp cơ bản sau để tách sinh khối ra khỏi dịch lên men: Phương pháp lọc Lọc là quá trình phân riêng hỗn hợp không đồng nhất quá lớp lọc. Phần không lọc qua nằm trên lớp vật liệu lọc, dung dịch và những phần quá vật liệu lọc xuống dưới. Quá trình lọc là quá trình vật lý đơn thuần. Trong thu nhận sinh khối, thông thường áp dụng cho các chủng vi sinh vật có kích thước lớn. Vi sinh vật càng có kích thươc lớn, càng giúp ta lọc nhanh. Tuy nhiên, phương pháp lọc chỉ áp dụng trong việc thu nhận sinh khối tảo, còn các vi sinh vật khác ít được sử dụng vì kích thước của tảo đơn bào rất lớn, các vi sinh vật khác lại quá nhỏ. 75

Phương pháp ly tâm Dựa trên trọng lượng riêng của vật chất, người ta dùng lực ly tâm tạo ra hiện tượng tách pha lỏng và pha rắn trong dịch nuôi cấy. Có hai kiểu ly tâm đang sử dụng trong công nghệ vi sinh : - Phương pháp ly tâm lắng - Phương pháp ly tâm lọc Cả hai phương pháp có ưu nhược điểm riêng của chúng. Ly tâm lắng có ưu điểm rất thuật lợi cho việc thu sinh khối vi sinh vật có kích thước nhỏ. Ly tâm lọc rất thuận lợi cho việc thu sinh khối có kích thươc lớn. Hiệu suất làm việc của máy ly tâm phụ thuộc rất nhiều ở tốc độ ly tâm. Do đó tế bào vi sinh vật có kích thước và trọng lượng riêng càng nhỏ càng đòi hỏi sử dụng máy ly tâm có tốc độ quay lớn. Phương pháp lắng Lắng là phương pháp cơ học phân riêng một hỗn hợp không đồng nhất. Trong công nghiệp người ta thường dùng những biện phap sau trong phương pháp lắng tế bào vi sinh vật để vừa thu nhận sinh khối vừa thu nhận dịch lên men. - Để thu nhận các dịch đồ uống (bia, rượu vang, nước quả lên men) người ta thường hạ nhiệt độ xuống khoảng từ 2 4 0 C. Ở nhiệt độ này các tế bào vi sinh vật rất dễ kết lắng xuống đáy thiết bị lên men. - Nếu chỉ thu nhận các sản phẩm trao đổi chất bậc hai, người ta có thể dùng các biện pháp kết tủa nhờ một phản ứng hóa học tương ứng. Sau đó người ta thu nhận các sản phẩm kết tủa này mà không sợ lẫn sinh khối vi sinh vật (phương pháp này thướng áp dụng trong sản xuất các axít hữu cơ). 6.2. Thu nhận các sản phẩm trao đổi chất Các sản phẩm trao đổi chất bậc hai thường lẫn trong dịch nuôi cấy vi sinh vật, tuy nhiên, cũng có rất nhiều các chất trao đổi bậc hai nằm trong tế bào vi sinh vật.. Do dó để thu nhận các sản phẩm này, người ta sử dụng nhiều khác nhau. 6.2.1. Thu nhận sản phẩm bậc hai trong môi trường nuôi cấy Các sản phẩm trao đổi chất bậc hai ở trong môi trường nuôi cấy thường nằm ở dạng hòa tan và lẫn vào với nhiều vật chất hòa tan khác. Do đó việc tách một sản phẩm trong hỗn hợp rất nhiều sản phẩm là một việc không dễ dàng. Phương pháp kết tủa Phương pháp kết tủa thường được dựa trên tính chất điện tích của sản phẩm hoặc dựa trên những phản ứng hóa học đơn thuần. 76

Phần lớn đối với các protein, enzyme. Người ta thường dùng biện pháp điều chỉnh ph đến điểm đẳng điện để kết tủa. Phương pháp này thường đem đến những kết quả rất tốt: kết tủa khá sạch. Tuy nhiên muốn có sản phẩm tinh khiết phải tiến hành biện pháp phân đoạn theo những phương pháp hóa lý riêng. Đối với các acid amin hay acid hữu cơ, người ta thường dùng những chất tương tác với chúng để tạo thành kết tủa, sau đó lại phá kết tủa này, ttinh chế chúng để tạo thành các sản phẩm sạch. Phương pháp tinh chế sạch sản phẩm Sắc ký trao đổi ion Các chất có hằng số phân ly khác nhau đối với các cation và các anion. Dựa trên tính chất này người ta gắn các sản phẩm vào các cation hoặc các anion. Sau đó, các sản phẩm này được lấy ra khỏi các cation hoặc anion bằng những dung dịch muối tương ứng Phương pháp lọc gel Dựa trên tính chất các phân tử nhỏ hơn các lỗ của gel sẽ chui vào bên trong các lỗ, các chất có phân tử lớn hơn sẽ không bị trôi đi, người ta dùng cách cho dung dịch lên men đi qua những cột gel để có thể tách được các phân tử ra theo kích thước của chúng. Sắc ký ái lực Trong phương pháp này các chất mang chứa các nhóm hóa học có ái lực đặc biệt với sản phẩm. Các sản phẫm sẽ được gắn một cách chọn lọc đặc biệt với chất mang. Tất cả các thành phần khác của dịch lên men sẽ đi qua. Sauk hi quá trình hấp phụ hoàn tất thì sản phẩm được rút ra bằng các chất hóa học thích hợp. 6.2.2. Thu nhận các sản phẩm trong tế bào vi sinh vật Có rất nhiều chất được tạo thành trong tế bào vi sinh vật có hoạt tính sinh học rất mạnh các chất có ý nghĩa lớn trong y học và trong công nghệ thực phẩm. Để nhận các sản phẩm này không thể áp dụng những phương pháp thông thường mà phải tách chúng ra khỏi tế bào. Mỗi loài vi sinh vật có cấu trúng hay tính chất của thành tế bào khác nhau do đó ta phải sử dụng nhiều phương pháp phá võ tế bào đề thu nhận sản phẩm nội bào Có ba nhóm phương pháp phá vỡ tế bào vi sinh vật - Phương pháp hóa học - Phương pháp lý học - Phương pháp sinh học Phương pháp hóa học 77

Phương pháp hóa học thường sử dụng nhất là dùng acid để thủy phân các thành phần tế bào. Tuy nhiên, hàm lượng acid quá nhiều có thể dẫn đến những thay đổi về bản chất hóa học hoặc tính chất vật lý của các sản phẩm có trong tế bào. Cũng có thể sử dụng kiềm để thủy phân, nhưng nếu sản phẩm là acid thì không sử dụng kiềm để xử lý. Phương pháp vật lý - Phương pháp lạnh đông nhanh và tăng nhiệt độ đột ngột. Sự thay đổi nhiệt độ đột ngột đã phá vỡ thành tế bào vi sinh vật. - Phương pháp nghiền dùng trong máy nghiền chuyên dụng hoặc nghiền bi - Phương pháp tạo áp suất thẩm thấu cao. Áp suất cao sẽ tạo ra sự phá vỡ tế bào mà không gây ra những thay đổi bên trong tế bào. Phương pháp sinh học Phương pháp sinh học được sử dụng nhiều nhất là phương pháp enzyme. Sử dụng các enzyme tương ứng với các cơ chất có trong thành phần tế bào, enzyme thủy phân cơ chất và như thế thành tế bào sẽ bị phá vỡ. Sau khi thành tế bào bị phá vỡ bằng một trong ba phương pháp trên người ta thu được dịch tế bào. Sử dụng các phương pháp tinh sạch và tinh chế để thu nhận các sản phẩm. 78

Filename: CHƯƠNG 6.doc Directory: C:\Documents and Settings\welcome\Desktop\New Folder Template: C:\Documents and Settings\welcome\Application Data\Microsoft\Templates\Normal.dot Title: CHƯƠNG 6 Subject: Author: User Keywords: Comments: Creation Date: 9/6/2010 12:11:00 AM Change Number: 10 Last Saved On: 9/9/2011 8:50:00 AM Last Saved By: User Total Editing Time: 203 Minutes Last Printed On: 9/9/2011 8:50:00 AM As of Last Complete Printing Number of Pages: 4 Number of Words: 1,717 (approx.) Number of Characters: 6,010 (approx.)