intTypePromotion=1
zunia.vn Tuyển sinh 2024 dành cho Gen-Z zunia.vn zunia.vn
ADSENSE

THU HỒI SẢN PHẨM TRONG CÁC QUÁ TRÌNH ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ SINH HỌC - CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM

Chia sẻ: Pham Khanh Dung | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:50

394
lượt xem
75
download
 
  Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Sản phẩm của các quá trình sản xuất sử dụng CNSH thường tồn tại ở nồng độ loãng trong 1 hỗn hợp phức tạp. Thu hồi sản phẩm (downstream processing) từ hỗn hợp trên là quá trình nâng cao nồng độ và tinh chế 1 chất mong muốn.

Chủ đề:
Lưu

Nội dung Text: THU HỒI SẢN PHẨM TRONG CÁC QUÁ TRÌNH ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ SINH HỌC - CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM

  1. THU HỒI SẢN PHẨM TRONG CÁC QUÁ TRÌNH ỨNG DỤNG CÁC QUÁ TRÌNH NG CÔNG NGHỆ SINH HỌC - CÔNG CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM TS. VŨ HỒNG THẮNG TS. Bộ môn CN Lên men, Trường ĐHBK Hà Nội CN Lên men Tr Hà
  2. Tài Tài liệu tham khảo Product recovery in bioprocess technology. Butterworth – Heinemann Ltd., - Oxford, UK, 1992. Dorfner, K., (Ed.). Ion exchangers, Walter de Gruyter, New York, USA, 1991. - Winkler, M.A. (Ed). Problems in downstream processing. In “Chemical - Engineering problem in Biotechnology”, Elsevier Science Publishers, 1990. Baker, R. W. et al., (Eds.). Membrane separation systems: recent - developments and future directions, Noyes Data Corporation, New Jersey, USA. Subramanian, G., (Ed.). Bioseparation and Bioprocessing, vol. I, pp. 4 – 39, - Wiley-VCH, Weinheim, 1998. Hong-Thang VU. Strategies for separation of low molecular weight - substances from renewable resources. Dissertation, Universität für Bodenkultur Wien, 2005. Dale, B. E. ‘Greening’ the chemical industry: research and development - priorities for biobased industrial products. Journal of Chemical Technology and Biotechnology 78, 1093 – 1103, 2003. Keller, K., Friedmann, T. & Boxman, A. The bioseparation needs for - tomorrow. Trends in Biotechnology 19, 438 – 441, 2001
  3. TÓM TÓM TẮT NỘI DUNG Chương 1. Vai trò của thu hồi sản phẩm trong các Vai quá trình ứng dụng CNSH Chương 2. Tính chất của dịch lên men Ch Chương 3. Giải phóng các sản phẩm nội bào Chương 4. Phân tách lỏng-rắn Chương 5. Thu hồi sản phẩm dạng thô Chương 6. Tinh chế sản phẩm Tinh Chương 7. Kết hợp trực tiếp các quá trình CNSH và quá trình thu hồi sản phẩm
  4. Một số điểm chủ yếu trong công nghệ thu hồi các sản phẩm trong CNSH Sản phẩm của các quá trình sản xuất sử dụng CNSH thường tồn tại ở nồng độ loãng trong 1 hỗn hợp phức tạp. Thu hồi sản phẩm (downstream processing) từ hỗn hợp trên là quá trình nâng cao nồng độ và tinh chế 1 chất mong muốn. Thu hồi 1 sản phẩm phụ thuộc rất lớn vào bản chất của sản phẩm, quy mô thị trường, giá trị bán trên thị trường của sản phẩm và các tiêu chuẩn kỹ thuật của sản phẩm. Trong thực tế, vấn đề kinh tế sẽ quyết định liệu 1 quá trình sản xuất/thu hồi sẽ được thực hiện ở quy mô công nghiệp hay không. Trong sản xuất công nghiệp, khi quy mô sản xuất càng tăng thì tính kinh tế của phương pháp thu hồi sản phẩm trở nên đặc biệt quan trọng. Trong thực tế giá thành thu hồi sản phẩm thường chiếm trên 50% giá thành sản phẩm cuối cùng.
  5. 1. Vai trò của thu hồi sản phẩm trong các 1. Vai trò thu ph trong các quá trình ứng dụng CNSH Sự phân mảng thị trường sản phẩm trong CNSH công nghiệp Tính chất các phân tử sinh học Tính chất của quá trình sản xuất trong CNSH Các phương pháp thu hồi sản phẩm truyền thống và hiện đại
  6. SỰ PHÂN MẢNG THỊ TRƯỜNG CÁC SẢN PHẨM CNSH - Trong CNSH, khái niệm thu hồi và tinh chế sản phẩm là khác nhau tùy thuộc vào các thị trường khác nhau. - Tính chất của sản phẩm, giá bán và nhu cầu thị trường của đa số sản phẩm hầu như là xác định nhưng giá trị gia tăng của sản phẩm hay lợi nhuận có thể khác nhau rất nhiều. - Sự phân mảng thị trường dựa trên độ lớn của thị trường và giá bán của sản phẩm
  7. SỰ PHÂN MẢNG THỊ TRƯỜNG CÁC SẢN PHẨM CNSH Khu vực 1: Các sản phẩm - protein sử dụng để bào chế dược phẩm, ví dụ như factor VIII hay urokinase... Khu vực 2: Các enzyme chẩn - đoán bệnh hoặc các loại kháng thể monoclonal. Các ví dụ tiêu biểu cho dòng sản phẩm này là insulin, glycerophosphate dehydrogenase, lutiferase,.. Khu vực 3: Các loại sản phẩm - được sản xuất với khối lượng lớn (bulk products) bao gồm các loại kháng sinh, protease, amylase, axit hữu cơ (lactic, acetic, citric,...vv), dung môi citric dung hữu cơ (ethanol, butanol,...vv).
  8. Sự liên quan giữa các tính chất của các quá trình CNSH CNSH với thị trường các sản phẩm CNSH Tính chất Khu vực 1 Khu vực 2 Khu vực 3 Nhu cầu 0.1 – 102 kg/năm kg/n 103 – 105 kg/năm kg/n 106 – 109 kg/năm kg/n Loại tế bào chủng giống tự recombinant- recombinant- partly DNA recombinant recombinant- nhiên DNA Độ tinh khiết rất cao cao/rất cao tương đối thấp Hiệu suất thu hồi tầm quan trọng khá quan trọng đặc biệt quan thứ yếu trọng Tỷ lệ cấu thành một phần nhỏ 20- 20-50% tùy thuộc 50- 50-90% tùy thuộc giá sản phẩm nguyên liệu nguyên liệu Công Công nghệ sắc ký ái lực; điện sắc ký hấp phụ, lọc, chiết, hấp phụ, chi di di điều chế màng màng lọc kết tủa, bay hơi, màng
  9. Đặc tính của các sản phẩm có nguồn gốc sinh học (1) (1) Các phân tử sinh học khác nhau rất nhiều về bản chất nên các phương pháp thu hồi cũng khác nhau. PTL thay đổi từ 60 đến 2.000.000; tính chất phụ thuộc nhiều vào các yếu tố khác nhau như pH, nhiệt độ, lực ion, dung môi sử dụng, etc... Quá trình tách và tinh chế các phân tử có nguồn gốc sinh học chủ yếu dựa vào các tính chất chủ yếu như PTL, điện tích, tính hiếu nước/kị nước, cấu trúc phân tử, etc.
  10. Đặc tính của các sản phẩm có nguồn gốc sinh học: Độ hòa tan Tí Tính tan của sản phẩm có ảnh hưởng quan trọng đến các quá trình thu hồi sản phẩm. Nó quyết định phương pháp thu hồi nào có thể sẽ được áp dụng. Dung dịch có nồng độ chất hòa tan cao thì sẽ có độ nhớt và áp suất thẩm thấu lớn. Những chất có độ hòa tan thấp thì sẽ dễ gây ra các vấn đề khi thu hồi sản phẩm do tính dễ kết tinh. Thu hồi và tinh chế sản phẩm từ dung dịch có nồng độ chất hòa tan cao thường sẽ có hiệu quả kinh tế hơn nhưng nhiều vấn đề phức tạp về kỹ thuật sẽ tăng lên. Ví dụ trong phân tách bằng sắc ký, nguyên liệu đầu vào có nồng độ cao chất cần phân tách sẽ có hiệu quả hơn về mặt kinh tế nhưng độ nhớt của dung dịch có nồng độ cao sẽ tăng lên và do đó năng lượng tiêu tốn cho quá trình bơm sẽ tăng theo.
  11. Đặc tính của các sản phẩm có nguồn gốc sinh học: Điện tích phân tử Nhiều chất cần phân tách tồn tại dưới dạng phân tử tích điện do đó có thể dễ dàng tách ra khỏi các chất không mang điện. Các kỹ thuật thông dụng để tách các chất mang điện: trao đổi ion, thẩm tách điện, lọc phân tử hay sắc ký. Ngoài việc là đối tượng cần thu hồi hay tinh chế thì trong nhiều trường hợp các chất có mang điện tích là những chất không mong muốn tồn tại trong hỗn hợp cần phân tách và do đó có ảnh hưởng đến quá trình thu hồi các chất khác. Ví dụ các chất này có thể bị hấp thụ lên bề mặt màng lọc gây tắc màng hay tích tụ thành môi trường thuận lợi cho vi sinh vật phát triển gây ra các ảnh hưởng tiêu cực đến quá trình thu hồi sản phẩm.
  12. Đặc tính của các sản phẩm có nguồn gốc sinh học: Tính Tính axit – bazơ của phân tử Tính axit – bazơ đóng vai trò đặc biệt quan trọng khi các chất cần phân tách là protein hay axit amin. Tùy theo pH môi trường mà các chất này thể hiện tính axit hay bazơ do đó có thể có trạng thái tích điện khác nhau phụ thuộc pH môi trường.
  13. Đặc tính của các sản phẩm có nguồn gốc sinh học: Cấu trúc phân tử Kích thước phân tử hay kích thước hình học của chất cần thu hồi có thể dao động trong 1 khoảng rất rộng, từ nm đến mm, do đó cũng sẽ có rất nhiều phương pháp phân tách khác nhau dựa trên sự phân loại kích thước phân tử hay kích thước hình học của chất. Nhìn chung, PTL của các chất cần phân tách nằm trong khoảng 50 đến 2.000.000 g.mol-1. Các chất có PTL lớn có thể dễ dàng được phân tách khỏi các chất có PTL nhỏ trong khi phân tách các chất có PTL gần nhau là rất khó khăn. Ví dụ, protein có thể dễ dàng được phân tách khỏi axit amin, đường và muối nhưng phân tách hỗn hợp axit amin hay muối với nhau là rất phức tạp.
  14. Đặc tính của các quá trình công nghệ Rất khác biệt về quy mô sản xuất (f = 1010) Đa số là quá trình gián đoạn Quy mô nhỏ hơn công nghiệp hóa chất Các thiết bị thường là đa chức năng Các thiết bị có thể chịu được các điều kiện thanh trùng Quá trình thu hồi phải linh hoạt và dễ dàng mở rộng quy mô
  15. Cá Các quá trình thu hồi trong CNSH cổ điển CNSH Trong các quá trình CNSH cổ điển, sản phẩm thu được cũng có thể được tạo ra bằng các tế bào có sẵn trong tự nhiên, VD nấm mốc sinh kháng sinh, vi khuẩn sinh axit hữu cơ, enzyme. Sử dụng một số lượng lớn các thiết bị thu hồi có độ phân tách thấp nhằm đạt được độ tinh khiết cần thiết. Các thiết bị thu hồi có thể được mô hình hóa và việc nâng quy mô thu hồi có thể dễ dàng thực hiện bằng các thí nghiệm ở quy mô PTN và xưởng thực nghiệm.
  16. Các Các đặc trưng của các quá trình CNSH hiện đại Quy mô sản xuất nhỏ (0.1 – 10 m3) Sử dụng các loại tế bào khác nhau để sản xuất (vi sinh vật, tế bào thực vật và động vật). Các sản phẩm được tế bào tạo ra thường không được tạo ra một cách tự nhiên mà phải thông qua kỹ thuật tái tổ hợp (recombinant DNA). Sử dụng các loại thiết bị lên men „không truyền thống“ như dạng airlift, màng (membrane reactor), lên men liên tục kết hợp thu hồi sản phẩm tại chỗ, etc. Quá trình thu hồi được giới hạn trong 1 số ít các phương pháp có độ phân tách cao dẫn đến mức độ tinh khiết của sản phẩm rất cao.
  17. Sơ đồ dây chuyền tinh chế enzyme nội bào sử dụng trong CNTP
  18. Tầm quan trọng của hiệu suất thu hồi Hi Hiệu suất thu hồi là 1 yếu tố rất quan trọng ảnh hưởng đến việc giảm giá thành sản phẩm Một quá trình thu hồi nhiều giai đoạn thì hiệu suất từng giai đoạn có ảnh hưởng rất lớn đến hiệu suất thu hồi của toàn bộ quá trình: Ví dụ: - 1 quá trình thu hồi gồm 8 giai đoạn với hiệu suất thu hồi của từng giai đoạn là 85% thì hiệu suất thu 85% hồi tổng cộng của cả quá trình chỉ là ... 27% - Muốn hiệu suất thu hồi tổng cộng của cả quá trình là 94% thì hiệu suất thu hồi của từng giai đoạn phải là trên ... 99%
  19. Các Các bước cơ bản trong tách và thu hồi các chế phẩm sinh học Xử lý sơ bộ: phá hủy tế bào, ổn định dung dịch, thanh/tiệt trùng, kết lắng, đông tụ; Làm trong dịch (Phân tách lỏng – rắn): lọc, lắng, ly tâm; Cô đặc: phân tách bằng màng, kết tủa, bay hơi, chiết, bốc hơi nhiệt độ thấp; Tinh chế: kết tủa, chiết, hấp phụ, sắc ký; Phối chế/Hoàn thiện: làm khô, ép đùn, tạo hạt, tạo viên.
  20. Mechanical (force) Physical (behaviour) Thermal Chemical Filtration Absorption Drying Chemical reaction reaction Centrifugation Ad Adsorption Di Distillation … Agglomeration Extraction Rectification Membrane separation separation Precipitation Evaporation … Crystallization … … Separation Separation technologies can be categorized according to their fundamental principles. The bars represent the relative cost of each principles. process (adapted from Keller et al., 2001).
ADSENSE

CÓ THỂ BẠN MUỐN DOWNLOAD

 

Đồng bộ tài khoản
2=>2