Tài liệu Kỹ thuật thực phẩm iii điều khiển quá trình lên men

BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP THỰC PHẨM TP. HCM KHOA CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM  MÔN: KỸ THUẬT THỰC PHẨM III ĐỀ TÀI: ĐIỀU KHIỂN QUÁ TRÌNH LÊN MEN GVHD: Đào Thiện SVTH: Lê Thị Phú................................2005110401 Trương Quốc Thịnh..................2005110529 Nguyễn Mai Phương Thảo.......2005110484 Phạm Thị Diễm My..................2005100008 Tạ Huỳnh Thiên Hương............2005110125 TP. HCM 11/2013 TP. HCM 10/2013 BẢNG PHÂN CÔNG CÔNG VIỆC Tên thành viên Nội dung thực hiện Đánh giá 1. Nguyễn Mai Phương Thảo Mở đầu Hộp nhóm đầy Kí tên đủ. 2. Phạm Thị Diễm My Đo pH và điều chỉnh pH Hộp nhóm đầy đủ. 3. Lê Thị Phú Điều chỉnh lượng oxy Hộp nhóm đầy đủ, hoàn thành tốt. 4. Trương Quốc Thịnh Kiểm soát sự tạo bọt Hộp nhóm đầy đủ. 5. Tạ Huỳnh Thiên Hương 6. Võ Thị Hóa Đo nhiệt độ và điều khiển Hộp nhóm đầy nhiệt độ đủ. Kết luận Hộp nhóm đầy Tổng hợp Word đủ, hoàn thành nhiệm vụ tốt. MỤC LỤC MỤC LỤC..................................................................................................................... - 2 MỞ ĐẦU....................................................................................................................... - 3 1. Lý do chọn đề tài..............................................................................................- 3 2. Đối tượng và mục đích nghiên cứu..................................................................- 3 1 3. Ý nghĩa đề tài...................................................................................................- 4 NỘI DUNG................................................................................................................... - 5 I. TỔNG QUAN VỀ QUÁ TRÌNH LÊN MEN......................................................- 5 1. Lên men là gì?..................................................................................................- 5 2. Quy trình lên men.............................................................................................- 5 3. Các yếu tố cần thiết để tăng hiệu quả quá trình lên men..................................- 6 - II. ĐIỀU KHIỂN QUÁ TRÌNH LÊN MEN.............................................................- 6 1. Lượng giống cấy :............................................................................................- 7 2. Thời gian lên men:..........................................................................................- 7 3. Đo nhiệt độ và điều khiển nhiệt độ...................................................................- 7 4. Đo pH và điều chỉnh pH...................................................................................- 8 5. Điều chỉnh lượng O2:......................................................................................- 10 5.1. Nồng độ ôxy giới hạn: ............................................................................- 12 - 5.2. Sự cung cấp O2 cho các tế bào chìm........................................................- 13 - 6. Kiểm soát sự tạo bọt trong quá trình lên men.................................................- 13 - III. 6.1. Sử dụng thiết bị có khả năng ngăn sự tạo bọt:.........................................- 14 - 6.2. Sử dụng chất phá bọt...............................................................................- 19 - KẾT LUẬN....................................................................................................- 21 - TÀI LIỆU THAM KHẢO...........................................................................................- 22 - 2 MỞ ĐẦU 1. Lý do chọn đề tài Công nghệ sinh học ngày càng phát triển mạnh mẽ với những bước tiến mới. Ngày nay, việc nghiên cứu, phát triển và áp dụng các tiến bộ này vào nhiều lĩnh vực để phục vụ cho đời sống đang rất được quan tâm. Công nghiệp sản xuất các sản phẩm lên men phát triển mạnh mẽ từ đây. Những phát hiện mới trong lĩnh vực sinh học phân tử đã thay đổi quan điểm của các nhà khoa học về việc đánh giá quá trình phát triển của hệ vi sinh vật. Mặt khác cũng tạo ra phần nào cái nhìn mới về tính phức tạp cũng như các quá trình chuyển đổi trong quá trình lên men để đem lại sự đa dạng về mùi vị, kết cấu thành phần và chủng loại các sản phẩm. Công nghệ lên men đang là lĩnh vực đang dược nghiên cứu, phát triển bới tính thiết thực và các sản phẩm của quá trình này rất đa dạng, phong phú, cung cấp một lượng lớn các sản phẩm đáp ứng nhu cầu ngày càng cao của đời sống. Tạo cho quá trình lên men có hiệu quả cao, năng suất tốt thì quá trình lên men cần được kiểm soát một cách tối ưu sao cho các sản phẩm thu được đáp ứng được các nhu cầu về số lượng lẫn chất lượng mà yếu tố then chốt để đạt được chính là: “ Điều khiển quá trình lên men” 2. Đối tượng và mục đích nghiên cứu Đối tượng nghiên cứu chủ yếu là quá trình lên men và các yếu tố điều khiển quá trình này. Chúng tôi cung cấp những thông tin tổng quan về quá trình này và bàn luận về các yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng và năng suất của quá trình lên men (giống vsv, nhiệt độ, pH, các thiết bị…) 3 Việc tối ưu hoá quá trình lên men nhằm nâng cao chất lượng sản phẩm đã trở thành một yếu tố quan trọng trong kỹ thuật lên men. Đã có rất nhiều nghiên cứu về những yếu tố ảnh hưởng như pH, nhiệt độ… Những nghiên cứu này đã chỉ ra hướng đi quan trọng trong công nghệ lên men hiện, tìm ra các điều kiện lên men thích hợp nhằm nâng cao chất lượng và năng suất sản phẩm. 3. Ý nghĩa đề tài Nghiên cứu các kĩ thuật trong quá trình lên men. Qui trình lên men trong công nghiệp, từ đó có thể rút ra các kết luận về cơ chế, ảnh hưởng , cũng như việc điều khiển quá trình lên men nhằm tạo ra sản phẩm hoàn chỉnh. Tạo bước tiến quan trọng trong việc tiếp cận công nghệ vi sinh. Nắm bắt được quá trình nghiên cứu. Tạo ra cái nhìn tổng quan về ngành học. Cung cấp những kiến thức cơ sở cho quá trình học tập, nghiên cứu sau này,… Quá trình nghiên cứu chắc hẳn không tránh khỏi những sai sót. Rất mong nhận được sự góp ý từ Thầy và các bạn. Xin chân thành cảm ơn! Nhóm thực hiện 4 NỘI DUNG I. 1. TỔNG QUAN VỀ QUÁ TRÌNH LÊN MEN Lên men là gì? Công nghệ lên men, hay công nghệ quá trình sinh học (bioprocess technology) bắt nguồn từ việc sử dụng vi sinh vật để sản xuất các sản phẩm thực phẩm như phomat, sữa chua, các loại rau củ lên men, xúc xích, nước tương, đồ uống (rượu, bia, nước giải khát). Trong sinh hóa: lên men là quá trình phát sinh năng lượng trong đó chất hữu cơ vừa là chất cho điện tử, vừa là chất nhận điện tử cuối cùng. Trong công nghiệp: lên men mô tả bất cứ quá trình sản xuất sản phẩm bởi nuôi cấy sinh khối tế bào trong một thiết bị phản ứng sinh học. 2. Quy trình lên men Quy trình lên men cơ bản gồm 6 bước: Bước 1: Thiết lập môi trường dùng trong tăng sinh giống và sản xuất. Bước 2: thanh trùng môi trường, nồi lên men và các thiết bị kèm theo. Công đoạn này rất quan trọng bởi nó quyết định chất lượng và sự thành công của cả quá trình lên men. Nếu quá trình thanh trùng thiết bị có những sai sót, các vi sinh vật khác sẽ xâm nhập vào làm hư hỏng môi trường, gây tạp nhiễm dẫn đến sản phẩm tạo thành không như mong muốn. Bước 3: nhân sinh khối đủ lớn, mạnh và thuần để cung cấp cho các bồn lên men trong công đoạn sản xuất. Giống cần phải thuần, sinh trưởng mạnh, không đòi hỏi quá cao về môi trường nuôi cấy và không chứa các vi sinh vật tạp nhiễm… 5 Bước 4: cung cấp các điều kiện tối ưu cho phát triển của giống để giống để giống sản sinh sản phẩm. Bước 5: chiết tách sản phẩm, tiến hành tinh sạch, bao gói và bảo quản sản phẩm… Bước 6: xử lí những chất thải tạo ra trong quy trình. 3. Các yếu tố cần thiết để tăng hiệu quả quá trình lên men Để đạt hiệu quả lên men cao thì cần đáp ứng những yêu cầu sau:  Thiết bị lên men phải được thiết kế sao cho hạn chế sao cho hạn chế đến thấp nhất khả năng tạp nhiễm.  Thể tích dịch nuôi cấy trong thiết bị phản ứng phải duy trì ổn định tránh thất thoát hoặc bay hơi.  Mức độ O2 hòa tan phải được điều chỉnh phù hợp.  Các thông số như nhiệt độ, pH cần được kiểm soát chặt chẽ, các thành phần phản ứng phải được phối trộn tốt. Khi tiến hành lên men, để điều khiển quá trình làm việc ở chế độ tối ưu với các yêu cầu công nghệ là rất quan trọng. Muốn công việc điều khiển có kết quả thì trước hết phải đo các thông số đặc trưng cho quá trình lên men, các thiết bị đo lường cũng như trong công nghệ hoá học, nhưng có những sai khác để phù hợp với công nghiệp vi sinh vật. Các thao tác trở nên phức tạp bởi phải giữ tuyệt đối vô trùng cho lên men. Các thông số cần đo là nhiệt độ, pH, oxy hoà tan, sự tạo thành bọt, thành phần khí thoát ra, sự phát triển của vi sinh vật và tạo sản phẩm trong môi trường, công suất tiêu thụ của máy khuấy, vận tốc khuấy, cần phải đo liên tục và có hệ thống. II. ĐIỀU KHIỂN QUÁ TRÌNH LÊN MEN Để quá trình lên men đạt tối ưu ta cần kiểm soát mọi khâu, mọi công đoạn của quá trình cần được kiểm soát chặt chẽ. Trong đó một số yếu tố cần kiểm soát như: 6 1. Lượng giống cấy : Nếu lượng giống cấy qua ít thì thời gian lên men kéo dài. Ngoài ra, trong giai đoạn đầu của quá trình lên men, các vi sinh vật nhiễm trong môi trường dễ phát triển và có thể làm ảnh hưởng xấu đến năng suất và chất lượng của sản phẩm. Ngược lại, nếu lượng giống cấy quá nhiều làm tăng chi phí cho quá trình nhân giống. Trong công nghệ lên men thực phẩm, lượng giống cấy quá nhiều sẽ làm thay đổi tỉ lệ các sản phẩm phụ tạo thành trong canh trường lên men. Từ đó giá trị cảm quan của thực phẩm lên men sẽ bị thay đổi. Các nhà sản xuất cần xác định lượng giống cấy thích hợp bằng các phương pháp thực nghiệm. 2. Thời gian lên men: Phụ thuộc vào giống vi sinh vật, dạng sản phẩm cần thu nhận và các yếu tố khác. Khi thu nhận các sản phẩm trao đổi chất như acid amin bởi acid hữu cơ, dung môi hữu cơ, enzyme,… thời gian lên men thường kéo dài 1-3 ngày. Đối với nhóm thực phẩm lên men, thời gian lên men và tàn trữ có thể kéo dài đến hàng tuần, hàng tháng và thậm chí hàng năm. Các nhà sản xuất sẽ xác định thời gian lên men và tàn trữ bằng phương pháp thực nghiệm. 3. Đo nhiệt độ và điều khiển nhiệt độ Nhiệt độ ảnh hưởng đến sự sinh trưởng, hoạt tính trao đổi chất của vi sinh vật và chất lượng của thực phẩm lên men. Cần chon nhiệt độ lên men thích hợp để năng suất và chất lượng sản phẩm cao nhất, đồng thời tiết kiệm được chi phí sản xuất. Tùy thuộc sinh lý chuẩn nuôi cấy trong khi lên men mà phải giữ nhiệt độ thích hợp trong khoảng dao động 0,1- 0,20C. Để đáp ứng yêu cầu đó người ta cho nước nóng hoặc nước đã được làm lạnh chảy trong một vỏ kép hoặc bộ phận trao đổi nhiệt thích hợp đặt ở bên trong hoặc bên ngoài nồi lên men. 7 Ví dụ như trong sản xuất bia, khi sử dụng nấm men chìm thì nhiệt độ thích hợp của quá trình lên men chính và lên men phụ lần lượt là 6-14 oC và 0-8oC. Còn nhiệt độ sinh trưởng tối ưu của nấm men chìm là 28-30oC. Lên men bia ở nhiệt độ thấp nhằm mục đích bão hòa CO2 cho bia và cải thiện các chỉ tiêu cảm quan của sản phẩm. 4. Đo pH và điều chỉnh pH. Đo pH thực hiện bằng điện cực cắm trực tiếp vào môi trường và cần thiết sẽ điều chỉnh bằng acid hoặc kiềm. Việc tự động cho dung dịch acid hoặc kiềm để giữ pH lên men ở giá trị tối ưu được thực hiện bằng những phương pháp đã dùng trong công nghiệp hóa học nhưng phải dùng các điện cực đặc biệt để có thể chịu được khử trùng và đặt trực tiếp trong nồi lên men. Người ta thường sử dụng điện cực thủy tinh. 8 Điện cực thủy tinh gồm một dây Ag/AgCl bão hòa KCl dạng rắn, đồng thời nó làm tăng độ bền của điện cựu thủy tinh. Vì sẽ đọng lại thành những hạt rất nhỏ trên bề mặt điện cực trong quá trình khử trùng. Điện cực chuẩn ở phần dưới có một đoạn nối làm bằng vật liệu rắn và xốp như amiăng hay sứ. Để đảm bảo cách điện và kín cho nồi lên men những điện cực đó được đệm bằng gioăng Teflon và silicon và lắp trên một tấm thép không rỉ hàn vào nồi lên men. Để bảo vệ máy đo hết sức dễ vỡ đó, người ta đặt nó vào trong một ống trụ bằng thép không rỉ đáy hở có khoan lỗ cho phép môi trường khuấy tiếp xúc với điện cực có điện trở nội khoảng 300 đến 500 mΩ. Mặt khác không thể không nói đến một cải tiến lớn là các điện cực phối hợp, khử khuẩn bằng đường hơi nước trực tiếp và những cực thăm dò dùng vào mục đích đó. Trong những nồi lên men khử khuẩn bằng hơi nước trực tiếp đến áp suất 1 – 2 atm (120 – 1300C) như ở những nồi lớn nhất cực thăm dò chịu áp lực kiểm 764 -31B/H cho phép sử dụng một điện cực phối hợp ở phần đáy nồi lên men. Một đối áp đặt trên mặt của chất điện giải chuẩn, do một áp kế chỉ, để chống lại sự xâm nhập của môi trường nén dưới áp suất, chui quá màng xốp của đoạn nối chứa chất điện giải của điện cựu. 9 Trong những nồi lên men công nghiệp dung tích lớn, toàn bộ điện cực (điện cực thuỷ tinh, điện cực chuẩn, điện cực bù trừ nhệt độ) được lắp đặt trên một mặt bích bằng thép không gỉ, ghép bằng bulong trên thành đứng của nồi lên men ở chiều cao thích hợp và cách điện bằng một đệm Teflon. Toàn bộ điện cực đo pH được nối vào một máy ghi pH ở một máy kiểm soát nối với một van điện tử điều khiển việc cho acid hay kiềm vào nồi lên men. Một số máy đo pH: 5. Điều chỉnh lượng O2: Việc cung cấp oxy cho các quá trình lên men hiếu khí là bắt buộc vì nó ảnh hưởng quyết định đến năng suất và chất lượng sản phẩm cần thu nhận. Đối với môi trường rắn, người ta thổi không khí vô trùng đi qua lớp canh trường trong thiết bị nuôi cấy. Còn đối với môi trường lỏng, người ta sục không khí vào canh trường, kết hợp với sự khuấy trộn. 10 Trong trường hợp lên men kỵ khí bắt buộc, sự có mặt của O 2 trong môi trường có thể gây độc và ức chế vi sinh vật giống. Đối vói môi trường lỏng, người ta có thể thổi khí trơ (ví dụ như khí N2) vào khoảng không gian được giới hạn giữa bề mặt trên của môi trường và đáy nắp của thiết bị lên men hoặc sục khí trơ vào trong canh trường trong suốt thời gian lên men. Tế bào sử dụng O2 để hô hấp và làm giảm lượng O 2 trong môi trường. Vì thế trong nuôi cấy hiếu khí phải cung cấp ôxy một cách đều đặn. Thiếu O2 nhất thời tại một thời điểm nào đó trong môi trường sẽ dẫn đến sự phá vỡ quá trình trao đổi chất của tế bào. Vi sinh vật sử dụng O2 trong môi trường lỏng. Lượng O2 hoà tan trong nước thường là rất ít. Phải cung cấp O2 sao cho tốc độ hoà tan của nó bằng tốc độ tiêu thụ O2 của vi sinh vật. Tốc độ hoà tan của ôxy vào môi trường lỏng được tính theo công thức: R = K. (C - C1) Trong đó: R- tốc độ hoà tan O2 C - nồng độ O2 bảo hoà ở áp suất riêng đã biết C1- nồng độ O2 hoà tan ở thời điểm lựa chọn K - hằng số tỉ lệ Độ hoà tan O2 còn phụ thuộc vào nhiệt độ khi nuôi cấy và nồng độ các chất hợp phần và độ nhớt của môi trường. Khi nhiệt độ tăng lên thì độ hoà tan của ôxy giảm. Độ hoà tan của O2 trong môi trường giảm đi 2 lần khi nhiệt độ tăng từ 30 – 37 0C. Điều này có thể khắc phục bằng cách cho sục khí mạnh hơn trong quá trình lên men. Nồng độ O 2 hoà tan cũng sẽ giảm khi dùng các chất hoạt động bề mặt, các chất phá bọt và hàm lượng sinh khối vi sinh vật tăng. Trong quá trình nuôi cấy không khí nén được thổi vào thùng lên men có hệ thống cánh khuấy. Tốc độ sục khí mạnh sẽ tăng tốc độ hoà tan O 2 và trộn đều cơ chất dinh 11 dưỡng trong môi trường. Nhưng không nên khuấy quá mạnh vì có thể dẫn đến sự hư hỏng cơ học các tế bào và dẫn đến hiện tượng tự phân. 5.1 Nồng độ ôxy giới hạn: O2 rất cần đối với đời sống của vi sinh vật hiếu khí. Tăng thông khí đến giới hạn nhất định thì sự phát triển của vi sinh vật cũng tăng lên theo. Đối với nhiều vi sinh vật, thông khí sẽ làm tăng tốc độ sinh trưởng, rút ngắn pha tiềm phát, nâng cao lượng sinh khối. Khi tăng tốc độ hoà tan ôxy từ 0 - 5 milimol O2 /l.phút, lượng sinh khối cuối cùng của Serratiamarsescens sẽ tăng một cách đáng kể; sinh khối cực đại đạt được khi cường độ thông khí khoảng 5 milimol O2/l.phút. Nếu tiếp tục tăng thông khí hơn nữa thì lượng sinh khối cuối cùng sẽ giảm. Hiện tượng này còn gặp ở rất nhiều giống vi sinh vật. Để duy trì việc cung cấp O2 tối thích cho tế bào không cần thiết phải làm bão hoà môi trường bằng O2 hoà tan. Chỉ cần một nồng độ O 2 nhỏ hơn rất nhiều cũng đủ để cung cấp cho các enzyme phản ứng với cơ chất đó. Nồng độ O 2 gây ra hô hấp tối đa được gọi là nồng độ O2 tới hạn (hoặc áp suất riêng phần của O2). Đó không phải là một đại lượng cố định mà là một hàm số của tốc độ sinh trưởng hoặc của tốc độ hô hấp có liên quan với nó. Trị số này vào khoảng 10 μmol/l. Khi sự vận chuyển O 2 bị cản trở bởi những tập hợp tế bào (các cục sợi nấm) hoặc bởi lớp chất nhầy bao quanh các tế bào thì nồng độ O2 giới hạn có trị số cao hơn. 12 5.2 Sự cung cấp O2 cho các tế bào chìm Sự cung cấp O2 cho các tế bào chìm là một quá trình chuyển dịch chất, trong đó O 2 được chuyển từ bóng không khí vào môi trường dinh dưỡng và từ đó vào tế bào. Quá trình xảy ra nhờ dòng chảy và sự khuếch tán. Lực đẩy là sự chênh lệch nồng độ O2. Sự chuyển dịch chất từ tướng khí sang tướng lỏng được quy định bởi bề mặt giới hạn giữa hai tướng và do vậy bởi số lượng và kích thước các bóng không khí. Chỉ một phần nhỏ của không khí được cung cấp đi vào dung dịch. Trong thực tiễn, người ta thường sử dụng tỷ số của thể tích không khí/thể tích nồi lên men/phút. Đối với mỗi quá trình lên men cần phải nghiên cứu ảnh hưởng của cường độ thông khí đối với hiệu suất tạo thành sản phẩm. Trong sản xuất công nghiệp không khí được nén qua máy nén, qua một hệ thống làm nguội, qua hệ thống lọc để loại hết tạp khuẩn rồi thổi vào các thùng lên men. Trong các thùng lên men và các thùng nuôi cấy nhân giống đều có hệ thống khuấy tuỳ thuộc vào yêu cầu của từng loại vi sinh vật, vào từng điều kiện nuôi cấy để nhằm thu được hiệu suất tối đa 6. Kiểm soát sự tạo bọt trong quá trình lên men Trong quá trình lên men công nghiệp, quá trình thông khí, khoấy trộn liên tục sẽ tạo ra nhiều bọt, các bọt này mang theo không khí và có khối lượng riêng nhẹ hơn nên dung dịch sẽ có khuynh hướng trào lên trên và thoát ra ngoài. Trong sản xuất, điều này rất nguy hiểm vì nó sẽ gây ra tạp nhiễm ảnh hưởng đến sản xuất và sản phẩm cuối cùng. 13 Hiện nay có nhiều cách để xử lí vấn đề nêu trên, trong thực tế sản xuất, người ta tường sử dụng các cách sau: 1. Sử dụng thiết bị có khả năng ngăn sự tạo bọt: Trong công nghiệp lên men, các thiết bị, thùng lên men người ta thường sử dụng các cánh khuấy hay cánh đảo để ngăn bọt tràn ra gây nên tạp nhiễm. Ưu điểm của phương pháp này là đơn giản,nhưng nó lại có điểm yếu là kết quả lại không cao, chí phí lắp đặt vận hành phức tạp, chỉ thích hợp cho sản xuất với qui mô vừa và nhỏ. Bioreactor là thiết bị quan trọng để thực hiện các quá trình sản xuất sinh sinh học như lên men bia, acid hữu cơ, acid amin, kháng sinh, enzyme, vaccine, xử lí chất thải. Trong thiết bị lên men, vi sinh vật đượ phân tán trong môi trường, khí O 2 và các chất diinh dưỡng được tế bào hấp thu đồng thời các chất dinh dưỡng được hấp thu đồng thời các sản phẩm phụ như nhiệt độ, CO2, các chất biến dưỡng không cần thiết phải được loại ra khỏi tế bào. Hình dạng của các Bioreactor thay đổi nhanh chóng trong những thập niên gần đây nhằm đáp ứng cho từng nhu cầu sản sản xuất. Một số thiết bị thông dụng như: 14  Bioreactor có khuấy đảo Dạng thiết bị lên men này là một xilanh đứng được chế tạo bằng thép hay kim loại kép có nắp và đáy hình nón . Trên nắp có bộ dẫn động cho cơ cấu chuyển đảo và cho khử bọt bằng cơ học; ống nối để nạp môi trường dinh dưỡng, vật liệu cấy, chất khử bọt, nạp và thải không khí; các cửa quan sát; cửa để đưa vòi rửa; van bảo hiểm và các khớp nối để cắm các dụng cụ kiểm tra. Các tua bin dưới tác dụng của lực ly tâm sẽ tiến hành khuấy trộn và ngăn cho bọt tạo thành tràn ra ngoài. Thiết bị này sử dụng rộng rãi ở các nhà máy sản xuất rượu vang, bia,… Dạng thiết bị lên men này là một xilanh đứng được chế tạo bằng thép hay kim loại kép có nắp và đáy hình nón (hình 4.1). Trên nắp có bộ dẫn động cho cơ cấu chuyển đảo và cho khử bọt bằng cơ học; ống nối để nạp môi trường dinh dưỡng, vật liệu cấy, chất khử bọt, nạp và thải không khí; các cửa quan sát; cửa để đưa vòi rửa; van bảo hiểm và các khớp nối để cắm các dụng cụ kiểm tra. Cơ cấu chuyển đảo gồm có các tuabin 8 có đường kính 600 ÷1000 mm với các cánh rộng 150 ÷ 200 mm được định vị ở 2 tầng, còn tuabin hở thứ ba được gắn chặt trên bộ sủi bọt 13 để phân tán các bọt không khí. Bộ sủi bọt có dạng hình thoi được làm bằng những ống đột lỗ. Ở phần trên của bộ sủi bọt có khoảng 2000 ÷ 3000 lỗ theo kiểu bàn cờ. Động cơ - bộ truyền động làm quay trục 6 và các cơ cấu đảo trộn 8, 12, 14. Sử dụng bộ giảm tốc và bộ dẫn động có dòng điện không đổi để điều chỉnh vô cấp số vòng quay trong giới hạn 110 ÷ 200 vòng/ phút. Để đảm bảo tiệt trùng trong suốt quá trình (giữ được hơi), các trục của cơ cấu chuyển đảo phải có vòng bít kín. Các vòng bít kín được tính toán để hoạt động ở áp suất 0,28 MPa và áp suất dư không nhỏ hơn 2,7 kPa, nhiệt độ 30 ÷ 250oC và số vòng quay của trục đến 500 vòng/ phút. Nhờ các vòng đệm này mà ngăn ngừa được sự rò rỉ môi trường hay sự xâm nhập không khí vào khoang thiết bị ở vị trí nhô ra của trục. 15 Vòng bít kín khi tiếp xúc với môi trường làm việc được chế tạo bằng thép X18H10T và X17H13M2T, cũng như bằng titan BT-10. Thời gian hoạt động ổn định của các vòng này không nhỏ hơn 2000 h khi tuổi thọ 8000 h. Độ đảo hướng kính cho phép của trục trong vùng đệm kín không lớn hơn 0,25 mm, độ đảo chiều trục của trục không lớn hơn 0,25o. Các loại cánh khuấy sử dụng trong lên men 16 Hình 4.1. Cấấu tạo Bioreactor có khuấấy đ ảo 1- Động cơ; 2- Hộp giảm tốấc; 3Khớp nốấi; 4- Ổ bi; 5- Vòng bít kín; 6Trục; 7- Thành thiếất bị ; 8- Máy khuấấy trộn tuabin; 9- Bộ trao đổi nhiệt kiểu ốấng xoắấn; 10- Khớp nốấi; 11- ỐỐng nạp khống khí; 12- Máy trộn kiểu cánh quạt; 13- Bộ sủi bọt; 14- Máy khuấấy dạng vít; 15- Ổ đỡ; 16- Khớp để tháo; 17- Ao; 18- Khớp nạp liệu; 19- Khớp nạp khống khí  Bioreactor có sục khí Các thiết bị mà bên trong nó có trang bị các vòi phun, ống khuếch tán, các bộ làm sủi bọt để nạp không khí đều thuộc loại này. Không khí vào được sử dụng để khuấy trộn canh trường, để đảm bảo nhu cầu oxy cho vi sinh vật và để thải các chất chuyển hoá tạo thành. Chính điều đó sẽ giúp hạn chế sự tạo thành bọt trong thiết bị một cách hiệu quả. Thiết bị này sử dụng chủ yếu cho quá trình lên men nổi. Các thiết bị mà bên trong nó có trang bị các vòi phun, ống khuếch tán, các bộ làm sủi bọt để nạp không khí đều thuộc loại này. Không khí vào được sử dụng để khuấy trộn 17 canh trường, để đảm bảo nhu cầu oxy cho vi sinh vật và để thải các chất chuyển hoá tạo thành. Thiết bị loại này về kết cấu bên ngoài tương tự như bioreactor có khuấy đảo, nhưng bên trong không có cơ cấu khuấy trộn bằng cơ học. Ống khuếch tán dạng xilanh 9 có miệng loa ở đáy, được lắp bên trong thiết bị. Máy thông gió 2 được lắp theo đường tâm của thiết bị. Nhờ các cánh hướng, không khí có áp suất được đưa vào máy thông gió theo tiếp tuyến đến tán phễu tròn làm cho nhũ tương không khí - chất lỏng chuyển động xoáy. Nhũ tương tuần hoàn liên tục theo vòng khép kín bên trong theo mép biên của xilanh, vòng không gian giữa tường trong và tường ngoài thiết bị, sau đó một lần nữa lại lên trên qua miệng loa. Việc chuyển đảo và thổi khí mạnh do tạo ra vùng tuần hoàn bên trong. Để thải nhiệt sinh lý có kết quả hơn, ngoài áo 10 có nhiều ngăn còn bổ sung bề mặt làm lạnh của ống khuếch tán 9. 18 Hình 4.2 Cấấu tạo Bioreactor có s ục khí dạng xilanh 1- Khớp nốấi để tháo; 2- Thiếất bị thổi khí; 3ỐỐng xoắấn; 4- Cửa; 5- Khớp nốấi để nạp khống khí; 6- Khớp thải khống khí; 7Khớp nạp liệu; 8- Cấầu thang; 9- ỐỐng khuếấch tán; 10- Ao; 11- Thành thiếất bị; 12ỐỐng quá áp 6.2 Sử dụng chất phá bọt. Như đã nêu từ trước, hiệu quả của việc sử dụng các thiết bị chống lại sự tạo bọt. Ưu thế của việc sử dụng các chất này là dễ thực hiện, chi phí thấp nhưng cần kiểm soát được lượng chất cho vào. Hiện tại phương pháp này đang được sử dụng rộng rãi. Những chất phá bọt thiên nhiên hay tổng hợp thường là những loại dầu thực vật, mỡ cá voi, các alcol đồng đẳng cao, những silicon hay những chất hoạt động bề mặt. Những chất này thường dùng riêng hay sử dụng dưới dạng hỗn hợp pha thành dung dịch. 19