Chương 8
THIẾT BỊ VẮT, TRÍCH LY, TINH CHẾ CÁC SẢN PHẨM
THU NHẬN TỪ PHƯƠNG PHÁP TỔNG HỢP VI SINH

8.1. MỞ ĐẦU
Nhiệm vụ của công nghệ vi sinh là dùng vi sinh vật để sản xuất ra ba loại sản
phẩm như sau:
- Các tế bào vi sinh ở trạng thái sống (vi khuẩn Lactobacillus, vi khuẩn cố định
đạm Rhizobium, Azotobacter, vi khuẩn điều trị tiêu chảy Bacillis subtilis, vi khuẩn trừ
sâu Bacillis thuringiensis, nấm trừ sâu Bauveria bassiana, Metarrhizium anisopliac, vi
khuẩn làm phân vi sinh như B.megatherium, B.mycoides, nấm men làm bột nở bánh mì
Saccharomyces cerevisiae...) hoặc trạng thái chết để làm nguồn protein (Candida utilis,
các loại vi tảo...)
- Các sản phẩm trao đổi chất sơ cấp axit amin, vitamin, rượu, axit hữu cơ... và thứ
cấp (kháng sinh).
- Các loại enzim dùng trong các quá trình thuỷ phân, tổng hợp và chuyển hoá.
Để làm được việc đó cần phải giải quyết hai vấn đề sau:
a) Kỹ thuật lên men: nghiên cứu điều kiện tối ưu trong quá trình lên men như thiết
bị , công nghệ...nhằm đạt được hiệu suất cao cho các sản phẩm mong muốn.
b) Kỹ thuật thu hồi sản phẩm sau lên men và chế biến thành các dạng thương
phẩm, nghiên cứu các điều kiện trích ly, tinh chế nhằm thu được các chất có hoạt tính
sinh học dạng tinh khiết. Nhiều kỹ thuật trong công nghiệp hoá học như: lọc, kết tủa, ly
tâm, kết tinh , hấp phụ, chưng cất, sấy... đều được sử dụng ở đây. Điều khác nhau cần
lưu ý tới là các chất có hoạt tính sinh học thường không bền vững với các điều kiện
nhiệt độ, pH và các yếu tố vật lý khác.
Điều kiện và phương pháp nuôi cấy vi sinh vật có ảnh hưởng đến sự hình thành
thành phần và tính chất của chất lỏng canh trường. Các chế độ sinh tổng hợp cần hướng
tới kết quả thu nhận môi trường có chất nền và những tạp chất khác còn lại là tối thiểu
và có nồng độ các sản phẩm mong muốn là cực đại.


trong
Sinh khối
dạng bột nhào
có hàm lượng
nước đến 80%
Huyền phù
có lượng
nước trên
85%
Các phương
pháp cô và
tinh chế: cô
chân không,
lọc thẩm thấu
ngược, siêu
lọc, lạnh đông,
tạo tinh thể,
sấy, tinh luyện
Phế phẩm
Chất
trích ly
Gia công sơ bộ
Cô chân không
Chất lọc
Gia công sơ bộ
Phá vỡ
Lọc, ly tâm
Sấy Sinh khối
Trích ly
Chất béo sinh họcChất cô khô Chất cô lỏng

lỏng canh trường ban đầu ở trạng thái hoà tan hay trạng thái keo. Khi sản xuất các chế
phẩm có hàm lượng các cấu tử không cao thì các quá trình cô đặc được thực hiện là chủ
yếu, không cần phải tách sinh khối bằng con đường hấp và sấy các môi trường lên men.
Khi thu nhận các chất chuyển hoá dạng tinh thể có mức tinh thể cao thì sự tách sinh
khối và tạp chất rắn khỏi dung dịch là giai đoạn đầu tiên để gia công chất lỏng canh
trường. Việc gia công tiếp theo để làm trong dung dịch canh trường có thể tiến hành
theo nhiều phương pháp. Dựa vào các tính chất của các cấu tử và những đòi hỏi của sản
phẩm mà lựa chọn phương pháp gia công cho thích hợp.
8.2. THIẾT BỊ ÉP
Để tách hoàn toàn phần chiết ra khỏi bã, người ta sử dụng máy ép kiểu vắt. Hiệu
suất của quá trình được xác định bởi sự tách hoàn toàn pha lỏng, cũng như chất lượng
phần chiết được (không chứa các tiểu phần rắn). Khi vắt chất lỏng tự do dễ dàng tách
khỏi phần khô. Dùng phương pháp ép không thể tách hoàn toàn phần chiết. Luôn luôn ở
trong bã còn lại một lượng chất chiết, không thể tách được ở dạng cân bằng tương ứng
với áp áp suất và nhiệt độ đã cho.
Máy ép được ứng dụng để vắt được chia ra làm hai nhóm: máy ép cơ học tác động
tuần hoàn, tác động thủ công, loại truyền động cơ học và sức ép bằng thuỷ lực, loại khí
động học; máy ép có tác động liên tục - vít tải, lệch tâm, băng tải, ly tâm và trục quay.

142

Nhược điểm của các máy ép tác động tuần hoàn là năng suất không cao, kích thước lớn,
nên ít được ứng dụng trong công nghiệp thực phẩm.
Máy ép vít tác động liên tục có tiến bộ và hoàn hảo hơn vì cho phép cơ khí hoá và
tự hoá quá trình. Sau khi tách sơ bộ phần chiết, bã cho vào phễu chứa và dùng vít tải để
chuyển vào xilanh đột lỗ, vào khoang vắt và cuối cùng thải ra khỏi máng. Trị số tối ưu
đường kính của bộ phận đột lỗ là 2 mm. Khi đường kính lớn hơn, chất lượng của chất
lọc bị giảm . Tổng trị số tiết diện thoáng của các lỗ (bề mặt thoát nước) chiếm 5 ÷ 8%.
Ap suất ép được điều chỉnh nhờ các bộ phận kết cấu khác nhau. Phần chiết qua lỗ xilanh
theo đường ống vào thùng chứa. Để cho bã chuyển dời dọc theo trục vít thì hệ số ma sát

động. Trục vít làm chuyển dời khối ẩm và ép qua cửa tháo liệu dưới áp suất 1 ÷ 5 MPa.
Phần chiết được tách ra qua khe vỏ lọc, còn khối ép có độ ẩm 60 ÷ 65% ở nhiệt độ 65
÷70
0
C được tách ra qua cơ cấu chất liệu.
Năng suất của máy tính theo sản phẩm ban đầu 4000 kg/h, đường kính vít trục -
320 mm, công suất động cơ -17 kW.

Bảng 8.1. Đặc tính kỹ thuật của máy ép hai vít
Các chỉ số ÐÔ-5A ÐÔ-5 BÐÔ-5 T1-BÐO-10
5
5
5
10
Năng suất, tấn/h
Ap lực riêng cực đại lên bã,
MPa
0,14
0,14
0,14
0,14
Đường kính ngoài của vít, mm

Số vòng quay của vít,

230
300
246
Công suất dẫn động, kW
185
185
250
205
Các kích thước cơ bản, mm
10
10
10
10

4110×1445××
1685
3000×1200××
1580
3935×840×
3600×810××1
267
Khối lượng, kg
×1400
2000
2090
2040
2700

- Của vít vận chuyển
- Của vít ép
330
380
470
Công suất dẫn động, kW
280
320
400
Các kích thước cơ bản,
mm
13
17
22
Khối lượng, kg
5350×1481×2000
4500×1005×1400
5100×1100×1450
8500
4450
6500

đối với enzim có trị số bằng 1,8
⋅
10
−7
cm
2
/s, bề
mặt riêng của chất tham gia trong quá trình khuếch tán
−
7 cm
2
/cm
3
.

145

Để trích ly các chất hoạt hoá sinh học người ta ứng dụng các bộ trích ly tác động
tuần hoàn và liên tục. Các bộ trích ly và các bộ khuếch tán tác động tuần hoàn có hiệu
suất không cao cho nên chỉ ứng dụng trong sản xuất có quy mô nhỏ. Các ống khuếch
tán, các bộ khuếch tán, máy tách dạng cột kiểu nằm ngang hay đứng cũng như các máy
tách dạng rôto đều thuộc bộ trích ly tác động liên tục.
8.3.1. Các bộ khuếch tán
Các bộ khuếch tán được ứng dụng để chiết enzim từ canh trường nấm mốc. Bộ
khuếch tán (hình 8.3) gồm từ 8 đến 10 ống khuếch tán được lắp trên một mặt phẳng
chung. Tất cả các ống của bộ khuếch tán được thống nhất hoá, có hình dạng xilanh đứng
với các cửa đóng kín lật được và có ống đáy hình nón.
Phần dưới nón của ống khuếch tán có ống nối để nạp nước vào khuếch tán, nạp
hơi để tiệt trùng thiết bị, để tháo nước rửa và bã sinh học. Phần trên của xilanh của ống
khuếch tán có khớp nối để lấy nước chiết. Các khớp nối ở dưới đều có van ba cửa để

22
0
C vào ống khuếch tán cuối cùng để lấy dịch chiết. Đồng thời dòng nước
chảy sang ống khuếch tán tiếp theo, còn ống khuếch tán được nạp canh trường mới và
trở thành ống đầu của bộ khuếch tán.
Thời gian của quá trình trong mỗi ống khuếch tán 30
÷
45 phút, thời gian chung
của quá trình 4
÷
6 h.
Động lực của quá trình khuếch tán là gradient nồng độ của chất trong dung môi,
cho nên để tăng cường quá trình cần giữ hiệu cực đại nồng độ. Điều này được đảm bảo
bằng con đường tăng thể tích tương đối của dung môi, hạn chế quá trình chảy rối và
tăng trao đổi khối.
Để thu nhận các phần chiết có nồng độ cao cần sử dụng phương pháp ngâm chiết
hợp lý. Phần chất trích ly được tuyển ban đầu cho vào rửa phần canh trường mới, còn
ngâm chiết canh trường được sử dụng bởi các phần chiết có nồng độ thấp và sau đó
bằng nước.
Trong quá trình trích ly các chất trương nở, khối lượng và thể tích chiếm chổ tăng,
do đó xảy ra hiện tượng vắt dần sản phẩm nằm giữa các lưới.
Để ngăn ngừa sức cản xuất hiện trong bộ khuếch tán cần phải nạp nước dưới áp
suất 0,2
÷
0,3 MPa.
Thời gian quá trình trích ly enzim trong bộ có 8 ống khuếch tán là 4h. Thể tích
phần chiết gấp 3
÷
4 lần thể tích của canh trường có hàm lượng chất khô 6
÷

0
C qua sàng 4 vào
phần trên của cột cuối cùng và khi gặp canh trường nấm mốc sẽ bão hoà dần enzim.
Canh trường nấm mốc chuyển động liên tục khắp các cột giữa các khung của
sàng, còn

nước chiết dưới tác động của cột áp suất tĩnh xuất hiện do độ chênh lệch chiều
cao của nước đưa vào và sự thoát phần chiết ra, chảy qua sàng. Thu phần chiết chứa
enzim trong khoảng thời gian 100 phút sau khi bắt đầu nạp liệu. Phần chiết được lọc qua
bộ lọc 7 nằm ở dưới phần cột đầu, và sau đó cho vào bể lắng. Một phần nước chiết đã
được tinh chế cho vào các giai đoạn sản xuất tiếp theo, phần còn lại quay lại sàng vào
phần trên của cột đầu để một lần nữa thấm ướt canh trường

Hình 8.4. Thiết bị khuếch tán:
1- Phễu chứa canh trường nấm mốc; 2- Bộ định lượng; 3- Thiết bị khuếch tán; 4- Sàng;
5- Bơm đẩy nước chiết để làm lắng và thấm ướt canh trường; 6- Bể lắng nước chiết; 7-
Bộ lọc; 8- Bơm đẩy nước bã ép đến khuếch tán; 9- Bể lắng nước bã ép; 10-Thùng két để
đun nóng nước; 11- Bơm đẩy nước để khuếch tán; 12- Bơm dung dịch formalin; 14- Bộ
định lượng dung dịch formalin; 15- Bộ dẫn động ống khuếch tán; 15- Máy ép trục vít.
Tiến hành tái sinh các sàng bằng phương pháp rửa tuần hoàn ở phần trên của cột
cuối cùng. Nước rửa lại cho vào bộ khuếch tán, còn bã dầu sinh học nằm giữa các
khung được tháo ra và đem ép để vắt.
Đặc điểm kỹ thuật của thiết bị khuếch tán
Năng suất tính theo canh trường nấm mốc, tấn/ngày: 3,5

148

Tốc độ chuyển động của xích, mm/s: 1,8
÷
3,0

Bộ nạp liệu kiểu vít tải chuyển pha rắn của canh trường nấm mốc vào phần trên
của cột nạp liệu. Vít đột lỗ chuyển tiếp xuống phía dưới và qua phần nằm ngang của cột
để vào cột nâng. Canh trường nấm mốc từ cột nạp liệu qua cột chuyển nằm ngang vào
cột nâng và sau khi vắt thì thải ra ngoài. Nước dâng lên trong cột nạp liệu được bảo hoà
liên tục và sau khi qua bộ lọc ở phần trên của cột nâng thì đưa ra ngoài. Hệ số chứa đầy
pha rắn của cột có tính đến sự trương nở của sản phẩm bằng 0,8. Thời gian trích ly
40
÷
60 phút ở nhiệt độ 25
0
C.
Sử dụng bộ dẫn động điện điều chỉnh có công suất 3,2 kW, số vòng quay 1500
÷
150 vòng/ph để quay vít tải. Truyền động quay được thực hiện qua đai truyền và bộ
truyền động.
Đặc tính kỹ thuật của máy trích ly dạng vít:
Năng suất tính theo pha rắn, kg/h: 330
Năng suất trích ly, m
3
/h : 0,8
Tỷ lệ giữa phần trích ly và pha rắn tính theo khối lượng chất khô: 5:1
Thể tích hoạt động của phần trích ly, m
3
: 3,4
Thời gian trích ly, ph: từ 40 đến 60
Nhiệt độ của phần trích ly,
0
C: 25
Hệ số chiết, %: 95
Công suất thiết kế của bộ dẫn động, kW: 9,66

3
.
Chiều dài của vùng trích ly (m):

150F
V
L =

trong đó: F -diện tích tiết diện ngang của cột trích ly, m
2
:
( )
22
rRF −=
πR - bán kính vỏ bọc, m;
r - bán kính trục cột trích ly, m.
Trị số chiều dài tính toán của vùng trích ly có thể tăng lên tương ứng với những
đặc điểm về kết cấu, sau đó có thể tính lại sức chứa hoạt động của thiết bị:

FLV
1
=
Năng suất của vít vận chuyển nằm ngang ( m
3

vít tải thiết lập dẫn động có bộ điều khiển số vòng quay và tỷ số truyền động. Vít đứng
quay cũng được thực hiện nhờ bộ dẫn động có số vòng quay bằng số vòng quay của vít
nằm ngang.
Công suất dẫn động của các vít , kW:
η
K
d
NN
N
+
=
τ

trong đó: N
τ
- công suất tiêu thụ để vận chuyển sản phẩm, kW;
N
K
- công suất tiêu thụ do ma sát của sản phẩm đến vỏ thiết bị, kW;

η
- hiệu suất truyền động chung.
Công suất (kW) tiêu thụ để vận chuyển sản phẩm của vít đứng:

151

974
M
N =
τ

H - chiều cao chất liệu của vít tải, m.
Công suất (kW) tiêu thụ do ma sát của sản phẩm với tường vỏ thiết bị:
30102
tg
3
⋅
=
k RPf
N
K
ϕπω

trong đó: P - tổng áp lực của sản phẩm lên tường vỏ thiết bị, kg;
f
3
- hệ số ma sát sản phẩm (thường lấy giá trị bằng 0,2);
k - hệ số lực ép (lấy giá trị bằng 0,5).
8.3.5. Máy trích ly tác động liên tục
Để trích ly gluxit trong mầm mạch nha, cũng như các chất hoạt hoá pectin trong
mixen khô của nấm mốc thường người ta sử dụng các máy trích ly ngược dòng dạng
cột.
Các loại thiết bị này cho phép sử dụng thể tích vùng hoạt động tương đối lớn và
tiêu thụ năng lượng không đáng kể. Chúng dùng để gia công nguyên liệu có các tính
chất khuếch tán thấp và thời gian trích ly kéo dài (đến 0,5
÷
1 h).
Thiết bị trích ly gồm khoang tiếp xúc có dạng cột lắp đứng được nối với phòng
lắng ở trên và phòng tháo liệu ở phía dưới. Các gờ được phân bổ theo toàn bộ chiều cao
của vùng tiếp xúc nhằm đảm bảo tạo ra các vùng để hãm pha rắn. Các cánh khuấy được
gắn trên trục với những khoảng cách bằng nhau để tăng cường quá trình.