đề tài thiết kế nhà máy sản xuất enzym amylaza

Mở đầuCùng với sự phát triển của khoa học và công nghệ, công nghệ sinh học là mộttrong những nghành khoa học được xem là mũi nhọn của thế kỷ XXI, thu hút nhiềunhà khoa học tập trung nghi

Mở đầu

Cùng với sự phát triển của khoa học và công nghệ, công nghệ sinh học là mộttrong những nghành khoa học được xem là mũi nhọn của thế kỷ XXI, thu hút nhiềunhà khoa học tập trung nghiên cứu trong lĩnh vực như: công nghệ vi sinh, côngnghệ enzyme, công nghệ nuôi cấy mô tế bào và kỹ thuậtdi truyền và đã đạt đượcnhững thành tựu to lớn trong mấy chục năm gần đây Nước ta là nước nhiệt đới cókhí hạu nóng ẩm rất thuận lợi cho sụ phát triển của vi sinh vật Đó là lợi thế to lớngiúp ngành công nghiệp sản xuất enzyme và ứng dụng phát triển mạnh mẽ ở nướcta

Đối với công nghiệp rượu cồn, thực phẩm lên men, các enzyme đường hóa cóvai trò đặt biệt quan trọng Vài năm trở lại đây ,chế phẩm enzyme amylaza của nấmmốc đã thay thế một phần malt Và kết quả đêm lại:

- Tiết kiệm được chục nghìn tấn malt có chất lượng cao

- Tăng hiệu suất rượu, do khả năng thủy phân sâu của phức hệ enzyme củanấm mốc

- Thời gian sản xuất chế phẩm rút xuống nhiều lần

- Giảm được diện tích sản xuất, lao động và điện năng

Một số ngành chỉ cần chế phẩm enzyme dạng thô: rượu, cồn Nhưng cũng cómột số ngành công nghiệp đòi hỏi chế phẩm enzyme dạng tinh kiết hơn :bia…Cũng chính vì lẽ đó tôi chọn đề tài tốt nghiệp là: Thiết kế nhà máy sản xuấtenzym amylaza, năng suất enzym thô 15.000 kg/ ngày

CHƯƠNG I LẬP LUẬN KINH TẾ KỸ THUẬT

Enzyme – chất xúc tác sinh học có tính chất chọn lọc và đặc hiệu cao, đóngvai trò quan trọng trong các quá trình vận chuyển trao đổi chất trong sự sống củasinh vật

Từ xưa con người đã biết sử dụng men để sản xuất ra một số sản phẩm thựcphẩm, tinh chế được men từ thóc nảy nầm hoặc một số loài vi sinh vật đặc biệt.Ngày nay, enzyme giữ một vai trò quan trọng trong các nghành công nghiệpkhác nhau như: rượu, bia, nước giải khát lên men,các nghành chế biến thực phẩmkhác

Trong công nghiệp sản xuất rượu từ tinh bột, enzyme sản xuất từ nấm mốc đãthay thế hoàn toàn enzyme của đại mạch nẩy mầm

Chính vì những lí do trên, tôi quyết định xây dựng nhà máy sản xuất chế phẩmenzyme thô và enzyme kỹ thuật

1.1 Đặc điểm tự nhiên

Khí hậu Quảng Nam chia ra làm hai mùa nắng và mưa Mùa nắng từ tháng 1đến tháng 8, mùa mưa từ tháng 9 đến tháng 12, nhiệt độ trung bình là 260oC ÷ 28oC,

độ ẩm trung bình 80% ÷84%, hướng gió chủ yếu là đông –nam

1.2 Nguồn cung cấp nguyên liệu

Lấy nguồn nguyên liệu từ các nguồn phế thải của các xí nghiệp xay xác đặcxung quanh thành phố Quảng Nam và khu Kinh Tế mở Chu Lai có thể cung cấp đủnguồn nguyên liệu cho phân xưởng sản xuất quanh năm Hơn nữa ở đây gần cảngbiển Kỳ Hà, là một trong nhưng cảng lớn ở khu vực miền trung

1.3 Hợp tác hoá

Nhà máy sản xuất enzyme là một phần không thể thiếu được của nhà máyrượu,nằm trong khu công nghiệp nên có sự hợp tác hoá được tiến hành chặt chẽ, do

đó việc sử dụng những công trình chung như: điện, nước, giao thông, …được tiếnhành thuận lợi và giảm bớt chi phí đầu tư cho xây dựng.

1.4 Nguồn cung cấp điện

Nhà máy sử dụng nguồn điện cung cấp từ lưới điện của khu công nghiệp

1.5 Nguồn cung cập hơi

Nhiên liệu chủ yếu là dầu FO dùng đốt nóng lò hơi của nhà máy Nhà máy sửdụng hơi từ phân xưởng hơi của nhà máy

1.6 Nguồn cung cấp nước và vấn đề xử lý nước thải

Nguồn nước nước dùng trong sản xuất là nguồn nước của thành phố

Nước thải, thải ra được chuyển vào hệ thống xử lý nước thải chung của nhàmáy rồi sau đó chuyển ra nguồn nước thải của thành phố

1.7 Năng suất của phân xưởng

Chế phẩm enzyme thô 15000 kg/ngày, từ đó tinh chế thành sản phẩm enzyme

kỹ thuật dạng bột khô với năng suất 681,9 kg/ngày

CHƯƠNG II GIỚI THIỆU VỀ ENZYM AMYLAZA VÀ NGUYÊN LIỆU

2.1.1. -amylaza

 -amylaza phân cắt các liên kết  -1,4 glucozit nằm ở phía bên trong phân

tử cơ chất ( tinh bột, glucoden và poliza đồng loại ) một cách ngẫu nhiên, khôngtheo một trật tự nào cả Vì thế người ta gọi nó là enzym nội phân (endoamylaza ).Khi tác động lên tinh bột enzym này giải phóng ra glucoza ở dạng  -mutamer, nênnăm 1924 Kuhn gọi là  -amylaza Dưới tác động của  -amylaza tinh bột có thểtrở thành mantotrioza, mantoza, glucoza và dextrin phân tử thấp Tuy nhiên , thôngthường  -amylaza chỉ thuỷ phân tinh bột thành chủ yếu là dextrin phân tử thấpkhông màu với iốt và một ít mantoza Khả năng dextrin hoá cao của  -amylaza làtính chất đặt trưng của nó Vì vậy người ta gọi loại amylaza này là amylaza dextrinhoá hay amylaza dịch hoá

2.1.2. -amylaza

 -amylaza xúc tác sự thuỷ phân các liên kết  -1,4 glucan trong tinh bột,glucogen và polisacarit đồng loại, phân cắt tuần tự gốc mantoza một từ đầu khôngkhử của mạch Mantoza tạo thành có cấu hình  - vì thế mà amylaza này gọi là  -

amylaza Theo đặt tính tác dụng lên tinh bột,  -amylaza khác -amylaza ở một sốđiểm sau:

-  -amylaza hầu như không thuỷ phân hạt tinh bột nguyên lành mà thuỷphân mạnh mẽ hồ tinh bột

-  -amylaza phân giải 100% amylaza thành mantoza và phân giải 54 – 58%amylopectin thành mantza Quá trình thuỷ phân amylopectin từ đầu không khử củacác nhánh ngoài cùng Mỗi nhánh ngoài có từ 20 – 26 gốc glucoza nên tạo thànhđược 10 – 12 phân tử mantoza Khi gặp liên kết  -1,4 glucozit đứng kế cận liênkết  -1,6 glucozit thì  -amylaza ngừng tác dụng Phần sacarit còn lại là dextrinphân tử lớn có rất nhiều liên kết -1,6 glucozit và được gọi là  -dextrin Tác dụngcủa  -amylaza lên hồ tinh bột có thể diễn biến bằng sơ đồ sau:

Tinh bột  -amylaza (54 – 58% ) mantoza + (42 – 46% )  -dextrin

2.1.3.Glucoamylaza

Thuỷ phân liên kết  -1,4 glucan trong polisacarit, tách tuần tự từng gốcglucoza một khởi đầu không khử trong mạch Glucoamylaza có khả năng xúc tácthuỷ phân liên kết -1,4 lẫn  -1,6 glucan, glucoamylaza của vi sinh vật khác nhauthì khác về mức độ phân giải tinh bột Sơ đồ thuỷ phân gluxit bởi glucoamylaza cóthể biểu diễn như sau:

Tinh bột hay oligosacarit Rh. delema 100% glucoza

Tinh bột hay oligosacarit Asp.niger (80 – 85 %) glucoza + oligosacarit

2.1.4 Oligo – 1,6 – glucodaza

Enzym này thuỷ phân các liên kết  -1,6 glucozit trong izomantoza, panoza

và các dextrin tới hạn và có thể chuyển hoá các cơ chất này đến các đường lên menđược Chúng thuỷ phân dextrin sâu sắc hơn là và  -amylaza, do vậy mantozađược tích tụ nhiều trong dịch thuỷ phân

2.1.5. -glucozidaza hay mantoza

Thuỷ phân mantoza thành glucoza, nhưng không thuỷ phân tinh bột có khả năng chuyển các gốc glucozit sang đường và rượu

2.1.6 Transglucozitlaza

Nó có cả hoạt tính trans – feraza lẫn hoạt tính thuỷ phân Transglucoziazathực hiện chuyển các gốc glucozit sang mono-,di- và oligosacarit, xúc tác tạo thànhcác liên kết  -1,4 và -1,6 glucozit Sự có mặt của Transglucoziaza trong các chếphẩm amylaza (dùng trong công nghiệp rượu) là điều không mong muốn.Glucoamylaza xúc tác sự thủy phân tinh bột, còn transglucozilaza lại tổng hợp cácizosacarit từ các sản phẩm thủy phân này, do đó nó làm giảm bớt mức độ thủy phânsâu sắc tinh bột và làm cho dịch thủy phân có vị đắng [13, tr 169 -224]

2.2 Các nhóm vi sinh vật tham gia tổng hợp amylaza

Muốn thu được các enzyme amilaza với hiệu suất cao cần phải tiến hành phânlập và chọn giống vi sinh vật để chọn tuyển lấy những chủng hoạt động Sự tổnghợp enzyme amylaza không những chỉ phụ thuộc vào các tính chất di truyền của visinh vật mà còn phụ thuộc và thành phần môi trường và điều kiện nuôi cấy

Enzyme amylaza được tổng hợp nhiều nhất chủ yếu ở nấm sợi và vi nấm Từkết quả tham khảo từ các tài liệu: [1,16,17]

Tôi quyết định chọn chủng nấm mốc Aspegillus Usami để tiến hành nuôi thu

nhận chế phẩm enzyme amylaza, bởi vì chủng này tổng hợp nhiều enzyme

glucoamylaza Aspegillus Usami tổng hợp:

Enzyme PH tối thích Nhiệt độ tối thích(0C)

 -amylaza 3,8 50

Glucoamylaza 5.0 55

Trong sản xuất rượu, vai trò của enzyme glucoamylaza là quan trọng hơn cả,enzyme glucoamylaza có thể đường hoá tinh bột đến cùng,còn  -Amylaza thìkhông thể chuyển hóa hoàn toàn tinh bột thành đường lên men

2.3 Dinh dưỡng của vi sinh vật

Thành phần của môi trường dinh dưỡng là yếu tố có tác dụng quan trọng đếnhoạt động sống của vi sinh vật và khả năng sinh tổng hợp enzyme Đứng trên quanđiểm điều khiển sinh tổng hợp các sản phẩm theo chủ đích thì thành phần của môitrường dinh dưỡng phải đáp ứng được yêu cầu chính là có độ hoàn thiện đảm bảo.Trong thành phần môi trường dinh dưỡng phải có đủ các chất đảm bảo được sự sinhtrưởng bình thường của vi sinh vật và tổng hợp enzym Vi sinh vật muốn phát triểnđược cần phải có nguồn cung cấp các hợp chất chứa: C, N, H, O,….ngoài ra trongmôi trường còn chứa các khoáng vi lượng, đa lượng, vitamin, đôi khi người ta còn

bổ xung một số axit amin, bazơ purin(adênin, guamin…),…

2.3.1 Nguồn thức ăn cacbon

Nấm mốc có thể sử dụng khoảng 75 hợp chất không chứa Nitơ Tinh bột,dextrin và mantoza với nồng độ thích hợp là những chất cảm ứng sinh tổng hợp hệenzyme amylaza Ảnh hưởng của nguồn cacbon tới cường độ sinh tổng hợp enzymeamylaza( – 1,4 – amyloglucozidaza) theo thứ tự sau:

Tinh bột > Dextrin > Mantoza > Saccaroza > Glucoza > Lactoza > Arabinoza

> Galactoza > Manoza.( theo 17)

2.3.1.1 Cám gạo

Lúa là cây lương thực chính của gần nửa số dân trên thế giới, mà đặc biệt trồngnhiều ở các nước khu vực Đông Nam Á Về diện tích canh tác của cây lúa chỉ kémhơn cây lúa mì nhưng năng suất của nó lại cao nhất

Lúa là loại cây ưa ẩm và ấm nên được trồng nhiều ở các vùng châu thổ của cáccon sông lớn Cây lúa thuộc họ hoà thảo, có tới hơn 20 loại giống lúa khác nhau.Nhưng trồng nhiều nhất và có ý nghĩa kinh tế nhất là lúa mùa

Cám gạo là một phế phẩm khi xay xát hạt lúa để loại bỏ lớp vỏ tạo ra hạt gạo.Trong cám gạo có chứa tương đối đủ các chất phù hợp cho sự phát triển của vi sinhvật đặc biệt là nấm sợi, hàm lượng tinh bột chiếm lượng lớn

Bảng 2.1: Thành phần hoá học trung bình của cám:

2.3.1.2.1 Đặc trưng và phân loại ngô

Ngô là loài cây lương thực trồng phổ biến trên thế giới Cây ngô rất dễ trồngthích hợp với nhiều loại khí hậu khác nhau cho nên nó được trồng ở cả các nướcnhiệt đới, ôn đới lẫn hàn đới Tuy nhiên ở những vùng lạnh thì khó mọc và năngsuất thấp

Ngô có nhiều giống, chúng khác nhau về hình dạng bắp, hình dạng và kíchthước hạt và đặc biệt là khác nhau về ý nghĩa sử dụng Dựa vào các đặc điểm trênngô được phân thành các loại sau:

* Ngô đá

Ngô đá bắp lớn, hạt có màu trắng hoặc vàng đôi khi màu tím, Nội nhủ trắngtrong, chỉ một ít lõi trắng đục, hàm lượng tinh bột khoảng 56 – 75% Thành phầntinh bột gồm 21% amilo và 79% amilopectin Ngô đá phổ biến ở nhiều nước vàdùng để sản xuất ngô mảnh hiệu suất cao

* Ngô răng ngựa

Ngô răng ngựa bắp to, dài tới 20 – 25 cm Đầu hạt lõm, hạt trông giống răngngựa Vỏ hạt màu vàng đôi khi màu trắng

Hàm lượng tinh bột khoảng 30 – 63% Thành phần tinh bột gồm 21% amilo79% amilpectin

Ngô răng ngựa khi xay cho nhiều bột ngô, ít ngô mảnh

2.3.1.2.2 Cấu tạo và tính chất của hạt ngô

Hạt ngô cấu tạo gồm 3 phần chính:

Nội nhũPhôiVỏ

Bảng 2.2: Tỉ lệ khối lượng từng phần một số loại bột ngô (%)[ 5, tr 31]

Bảng 2.3: Thành phần một số loại ngô ( theo % chất khô ) [5, tr 32-33]

2.3.2 Nguồn thức ăn Nitơ

Nguồn Nitơ dễ hấp thụ nhất đối với vi sinh vật là NH3 và NH4+ Tỷ trọnggiữa Cacbon và Nitơ trong môi trường có ý nghĩa lớn đối với vi sinh vật và sự tạothành amylaza Thường sử dụng muối NH4NO3 để làm nguồn Nitơ, nguồn Nitơ dựtrữ nhiều nhất trong tự nhiên chính là nguồn Nitơ tự do (N2) trong khí quyển

Nguồn Nitơ hữu cơ thường dùng để nuôi cấy vi sinh vật là peptone loại chếphẩm thủy phân không triệt để của một nguồn protein nào đó

2.3.3 Nguồn thức ăn khoáng

Các nguyên tố đa lượng và vi lượng có ảnh hưởng lớn tới sinh trưởng vàtổng hợp các enzyme amylaza của vi sinh vật

Mg2+ có ảnh hưởng tới độ bền nhiệt của enzyme, thiếu Mg2+ sẽ có ảnh hưởngxấu đến sự tổng hợp mọi amylaza của nấm mốc Nguồn Mg2+ thường được sử dụng

là MgS04

Photpho cần để tổng hợp các thành phần quang trọng của sinh chất (axitnucleic, photpholipit) và nhiều co-enzym, đồng thời để phot-phorit hóa gluxit trongquá trình oxy hóa sinh học Nguồn photpho thường là KH2PO4

2.4 Dự trữ bảo quản nguyên liệu

2.4.1 Mục đích

Mục đích bảo quản là để dự trữ nguyên liệu trong thời gian dài dùng để chủđộng giải quyết nguồn nguyên liệu mang tính thời vụ, chủ yếu là giảm tổn thất vậtchất, dinh dưỡng và hao hụt Mặt khác góp phần ổn định lưu thông và giá cả nguyênliệu ở thi trường trong mọi thời điểm

2.4.2 Phương pháp

Nguyên liệu thu mua trước khi đưa vào dự trữ phải xử lý khô, độ ẩm tối đa 15%.Kho bảo quản phải được xây dựng nơi khô ráo thoáng mát, chống dột trong kho.Trước khi nhập nguyên liệu vào kho phải vệ sinh sạch sẽ, khô, phun nướcchống nấm, foomon 2%, dipterex 0,65 %

Trong kho có phân khu để chủng loại riêng

Định kỳ kiểm tra chất lượng nguyên liệu và phân tích hóa học

Định kỳ phải đảo nguyên liệu

Mỗi nhà kho phải bố trí dụng cụ cứu hỏa

Khi xuất nguyên liệu phải xuất nguyên liệu cũ trước

2.5 Môi trường sinh tổng hợp enzyme

Môi trường nuôi nấm mốc để sinh tổng hợp enzyme amylaza bằng phương pháp bềmặt chủ yếu là cám gạo có bổ sung bột ngô, các chất khoáng cần thiết và một sốchất khác Ngoài ra trong môi trường còn sử dụng trấu để tăng độ xốp của môitrường Tỷ lệ các thành phần như sau:

Cám : 65%

2.6.1 Yêu cầu chất lượng nước

Nước là thành phần cơ bản nhất và thường được sử dụng với số lượng rấtnhiều trong nuôi cấy vi sinh vật Do đó chất lượng nước phải được đảm bảo đểkhông xảy ra những phản ứng hóa học khi tiến hành lên nem hoặc không để xảy ranhững tác động của vi sinh vật lạ xâm phạm từ nước vào quá trình lên men

Chất lượng nước phải đảm bảo các chỉ tiêu: độ cứng, khả năng oxy hóa, sinhvật lạ

2.6.1.1 Độ cứng

Độ cứng của nước được thể hiên bằng sự có mặt của các cation Ca2+, Mg2+ cótrong nước

Nước cứng tạm thời là nước chứa muối cacbonat của hai ion trên

Nước cứng vĩnh cữu là nước cứng chứa các anion Cl-,SO42-,NO3-

Độ cứng của nước được tính bằng mg đương lượng trong một lít nước Nướcđược dùng không quá 7 mg đương lượng

2.6.1.2 Khả năng oxy hóa

Độ oxy hóa của nước cho biết mức độ nhiễm bẩn của nước bởi các chất hữu

cơ Chỉ số này biểu hiện bằng mg oxy/ lít

2.6.1.3 Vi sinh vật

Đây là chỉ số quan trọng, nó biểu hiện sự nhiễm bẩn sinh học Nước chứanhiều vi sinh vật không được sử dụng trong quá trình lên men

Chỉ tiêu sinh vật trong nước dùng trong lên men được xác định như sau:

Tổng số vi sinh vật hiếu khí : nhỏ hơn 1000 tế bào/lít

Chuẩn độ ecoli : không quá 300

Ngoài ra còn có một số chỉ tiêu khác cần phải xác định là:

Cặn khô :1000mg/lCặn sunfat :500mg/lCặn clorua :350mg/l

2.6.2 Những phương pháp xử lý nước

2.6.2.1 Cân bằng ion

Sữa vôi để loại bỏ cacbonat nhờ áp dụng tính chất không tan của CaCO3 vàMgCO3 các muối cacbonat này không tan tức thời mà được tách ra bằng cách gạnlắng Phương pháp này đơn giản, rẻ tiền nên dùng đối các nước giàu bicacbonat

Sử dụng các cột nhựa trao đổi ion để loại bỏ kim loại

2.6.2.2 Điều chỉnh vi sinh vật

Xử lý bằng các chất oxy hóa mạnh: ozon, clodioxit, nước javel,…

Tiệt trùng bằng các tia cực tím làm phá hủy cấu trúc tế bào của vi sinh vật.Tiệt trùng bằng màng siêu lọc với lỗ lọc 0,4 micromet Tuy nhiên phươngpháp này giá thành cao

CHƯƠNG III CHỌN VÀ THUYẾT MINH DÂY CHUYỀN CÔNG NGHỆ

3.1 Chọn dây chuyền công nghệ

Trong công nghiệp sản xuất enzyme hiện nay có hai phương pháp: phươngpháp nuôi cấy bề mặt và phương pháp nuôi cấy chìm

So sánh hai phương pháp ta thấy phương pháp nuôi cấy bề mặt có những ưuđiểm sau:

Nuôi bề mặt rất dễ thực hiện, qui trình công nghệ không phức tạp

- Lượng enzyme được tạo thành từ nuôi cấy bề mặt thường cao hơn rấtnhiều so với nuôi cấy chìm

Chế phẩm enzyme thô sau khi thu nhận rất dễ sấy khô và bảo quản

- Nuôi cây bề mặt không cần sử dụng nhiều thiết bị phức tạp, do đó việc vậnhành công nghệ cũng như đầu tư ban đầu vừa đơn giản vừa không tốn kém.

Trong trường hợp bị nhiễm vi sinh vật lạ rất dễ xử lý Môi trường nuôi cấy làmôi trường đặc và tĩnh nên khi khu vực nào bị nhiễm vi sinh vật thì loại bỏ khu vực

đó khỏi toàn bộ khối nuôi cấy, những khu vực khác sẽ hoàn toàn không bị nhiễm

- Trong kỷ thuật nuôi cấy bề mặt có hai loại môi trường nuôi cấy, đó là môitrường bán rắn và môi trường lỏng Ở môi trường lỏng thì vi sinh vật sẽ phát triểntrên bề mặt dung dịch lỏng nơi phân cắt giữa pha lỏng và pha khí Khi đó các tế bào

vi sinh vật sẽ tạo thành những ván phủ kín bề mặt dung dịch lỏng Enzyme sẽ đượctổng hợp trong tế bào và thoát khỏi tế bào vào trong dung dịch nuôi cấy Do đó việcthu nhận enzyme thô trong dịch nuôi cấy cũng rất đơn giản Tuy nhiên phương phápnuôi cấy này tỏ ra không hiệu quả vì hoạt lực của enzyme thu nhận được củaphương pháp này không cao bằng nuôi cấy trên môi trường bán rắn Vì vậy phươngpháp này ít được dùng

Chính vì những lý do trên mà tôi quyết định chọn phương pháp nuôi cấy bềmặt trên môi trường bán rắn với dây chuyền công nghệ như sau:

Khoáng chất Bột ngô Cám gạo Trấu

NghiềnSàng

Làm sạchBột

Làm sạch

TrộnW:58 -60%

Thanh trùng

1400CGiống

Nhân giống sản xuất Làm nguội

38 -400C

Thanh trùng khayPhân phối vào khay nuôi

Nuôi cấy28- 32oCThu nhận chế phẩm enzim

NghiềnSấy

1200c

3.2 Thuyết minh dây chuyền công nghệ

3.2.1 Nguyên liệu

3.2.1.1 Nguyên liệu cám

Cám từ kho được gàu tải đưa lên bunke định lượng khối lượng, sau đó cám từbunke được xả xuống thiết bị phối trộn

3.2.1.2 Nguyên liệu bột ngô

Nghiền : Hạt bột ngô sau khi nhập khẩu được nhập vào kho bảo quản chờ sảnxuất Khi sản xuất thì ngô hạt từ kho chuyển đến máy nghiền tán để nghiền đến mức

độ công nghệ yêu cầu

Sàng : bột ngô từ máy nghiền được băng tải chuyển đến máy sàng để phânloại kích cỡ các loại:

+ Loại 1: Đạt kích thước yêu cầu của công nghệ thì được gàu tải chuyển lênbunke định lượng, và đựơc vít tải chuyển đến bộ phận phối trộn

+ Loại 2: Kích thước quá nhỏ thì loại bỏ để đảm bảo không bị kết dính môitrường nuôi cấy

+ Loại 3: Kích thước quá lớn thì được chuyển lại vào máy nghiền để tiếp tụcnghiền

3.2.1.3 Nguyên liệu trấu:

Trấu từ kho chứa được đưa đi làm sạch, sau đó được gàu tải chuyển lên bunkeđịnh lượng, và từ bunke xả xuống thiết bị trộn

+ Tiến hành thanh trùng bằng hơi nước nóng ở 140oC Thời gian giữ nhiệt là

3.2.5 Nhân giống sản xuất

Giống trong ống nghiệm được giữ ở trạng thái hoạt động bằng cách cấy truyềnmỗi tháng một lần trong các môi trường thạch sapec

Thành phần môi trường thạch sapec:

Nhân giống trên máy lắc

Cũng môi trường trên mốc giống được nuôi trong bình tam giác 1 lít và đượcđặt trên máy lắc

Từ môi trường sản xuất sau khi làm nguội kết thúc, trích ra 10% chuyển quaphòng nhân giống để nhân giống sản xuất Quá trình nhân giống sản xuất cũng đượcthực hiện trên khay và được thực hiện trong phòng nhân giống

Trong quá trình nuôi không cần điều chỉnh PH môi trường Đây là môi trườngbán rắn nên sự thay đổi PH ở vị trí này không ảnh hưởng đến toàn bộ môi trường.

Độ ẩm 96% ÷ 98%

Thời gian nuôi cấy nấm mốc khoảng 36 ÷ 60 giờ, trung bình thường là 42 giờ.Quá trình nuôi cấy trong môi trường bán rắn nuôi bằng phương pháp bề mặttrải qua các giai đoạn sau:

Giai đoạn 1:

Giai đoạn này thường kéo dài 10 ÷ 14 giờ kể từ thời gian bắt đầu nuôi cấy.Trong giai đoạn này có những thay đổi sau:

+ Nhiệt độ tăng chậm

+ Sợi nấm bắt đầu hình thành và có màu trắng hoặc màu sữa

+ Thành phần dinh dưỡng bắt đầu có sự thay đổi

+ Khối môi trường còn rời rạc

+ Enzyme mới bắt đầu hình thành

Trong giai đoạn này cần quan tâm đến chế độ nhiệt độ Tuyệt đối không được

để nhiệt độ cao hơn 30oC vì thời kỳ này giống rất mẫn cảm với nhiệt độ

Giai đoạn 2:

Giai đoạn này kéo dài 14 ÷ 18 giờ tiếp theo Trong giai đoạn này có nhữngthay đổi cơ bản sau:

+ Toàn bộ bào tử đã phát triển thành sợi nấm và sợi nấm bắt đầu phát triển rấtmạnh Các sợi nấm này tạo ra những mạng sợi chằng chịt khắp trong các hạt môitrường, trong lòng môi trường.

+ Môi trường được kết lại khá chặt

+ Độ ẩm của môi trường giảm dần

+ Nhiệt độ của môi trường tăng nhanh có thể lên đến 40oC ÷ 45oC

+ Các chất dinh dưỡng bắt đầu giảm nhanh do sự đồng hoá của nấm sợi

+ Các loại enzyme được hình thành, trong đó enzyme amylaza hình thànhnhiều nhất

+ Lượng oxy trong môi trường giảm và CO2 tăng dần, do đó trong giai đoạnnày cần thông khí mạnh và điều chỉnh nhiệt độ khoảng 29oC ÷ 30oC

sấy khô để bảo quản lâu dài Độ ẩm cần đạt được sau khi quá trình sấy kết thúc nhỏhơn 10% Quá trình sấy được thực hiện bởi tác nhân sấy là không khí có nhiệt độ là 40oC.

3.2.10 Nghiền

Canh trường nấm mốc sau khi sấy được gàu tải chuyển sang máy nghiền Mụcđích của quá trình nghiền là vừa phá vỡ tế bào, vừa làm nhỏ các thành phần của chếphẩm enzyme thô Khi thành tế bào bị phá vỡ, các enzyme nội bào chưa thoát khỏi

tế bào sẽ dễ dàng thoát khỏi tế bào

Kết thúc quá trình nghiền, canh trường nấm mốc được gàu tải chuyển vàobunke chứa và chuyển sang kho bảo quản

3.2.11 Thu dịch enzim

Sau khi nghiền phá vỡ cấu trúc tế bào, ta có thể chiết xuất enzim bằng cácdung môi khác nhau như nước, dung dịch đệm, muối trung tính

Mục đích của quá trình này là thu dịch enzim và loại bỏ sinh khối

Sau đó dịch enzim sẽ được đưa vào thiết bị cô đặc

3.2.12 Cô đặc

Mục đích của giai đoạn này là nâng cao nồng độ chất khô tử 4-6g/l tới 15-20 g/

l, cho thêm một số chất bảo quản để đưa dung dịch đạt nồng độ 35 – 40 g/l Sau đódịch cô đặc sẽ được đưa vào thiết bị sấy phun

CHƯƠNG IV TÍNH CÂN BẰNG VẬT CHẤT

4.1 Kế hoạch sản xuất của phân xưởng

-Các ngày nghỉ trong năm:

+Tết dương lịch nghỉ 1 ngày

+Tết âm lịch nghỉ 3 ngày

+Ngày chiến thắng 30-4 nghỉ 1 ngày

+Ngày quốc tế lao động nghỉ 1 ngày

+Ngày quốc khánh nghỉ 1 ngày

+Nghỉ ngày chủ nhật

Tháng 11 nghỉ 10 ngày do khu vực Miền Trung thời tiết xấu, mưa nhiều, nguyên liệu ít và nhu cầu thị trường thấp Nghỉ để sửa chữa và vệ sinh thiết bị.Bảng 4.1 : Biểu đồ sản xuất của nhà máy

nămNgày

làm

Số liệu ban đầu:

Năng suất 15000kg/ngày

Thành phân môi trường:

Công đoạn Tỉ lệ hao hụt%

2

15306  (kg/ngày)4.2.1.2 Sấy

Tỉ lệ hao hụt 2%

Độ ẩm ban đầu của canh trường nấm mốc : 60%

Độ ẩm của canh trường nấm mốc sau khi sấy : 10%

Lượng canh trường nấm mốc trước công đoạn sấy là:

35141

) 60 100 ( ) 2 100 (

) 10 100 ( 100 15306

82 , 702 100

, 0 100

5 , 0

35318  (kg/ngày)4.2.1.4 Nuôi cấy

Tỉ lệ hao hụt 0,5%

Lượng canh trường nấm mốc trước khi nuôi cấy:

5 , 35495 5

, 0 100

5 , 0 5 ,

35495  (kg/ngày)4.2.1.5 Đưa canh trường vào khay

Tỉ lệ hao hụt 0,5%

Lượng canh trường nấm mốc trước khi đưa vào khay:

86 , 35673 5

, 0 100

100 5

5 , 0 86 ,

35673  (kg/ngày)4.2.1.6 Gieo giống

Tỉ lệ hao hụt 0,1%

Lượng môi trường trước khi gieo giống:

57 , 35709 1

, 0 100

100 86 ,

Lượng hao hụt:

709 , 35 100

1 , 0 57 ,

35709  (kg/ngày)4.2.1.7 Làm nguội

Tỉ lệ hao hụt 0,8%

Lượng môi trường nuôi cấy trước khi đưa vào làm nguội:

5 35997 8

, 0 100

100 57

8 , 0 5 ,

35997  (kg/ngày)4.2.1.8 Thanh trùng

Tỉ lệ hao hụt 1%

Lượng môi trường nuôi cấy trước công đoạn này là:

36361 1

100

100 5 ,

Lượng hao hụt:

61 , 363 100

1

36361  (kg/ngày)4.2.1.9 Phối trộn

Tỉ lệ hao hụt 2%

Lượng nguyên liệu trước công đoạn này:

37103 2

2

37103  (kg/ngày)4.2.1.10 Lượng nguyên liệu sản xuẩt trong một mẽ

Độ ẩm ban đầu của nguyên liệu trước khi phối trộn

+Cám :14%

+Trấu :5 %

+Bột ngô :14%

Độ ẩm sau khi phối trộn là 60%

Lượng nguyên liệu là:

) 14 100 ( 100

) 60 100 ( 64

) 60 100 ( 20

) 60 100 ( 7 , 15

) 60 100 ( 05 , 0

) 60 100 ( 1 , 0

) 60 100 ( 15 , 0

100

100 44 ,

Lượng hao hụt :

44 , 70 100

2 88 ,

100

100 88 ,

Lượng hao hụt:

9 , 108 100

3 8 ,

4.2.3 Dây chuyền sản xuất enzim kỹ thuật

Dây chuyền làm enzim kỹ thuật xử dụng 40% lượng canh trường sau khi nuôicấy

Lượng canh trường đưa vào dây chuyền này là:

14841 100

40

37103  (kg/ngày)4.2.3.1 Nghiền

Lượng canh trường sau công đoạn nghiền:

4 , 14544 100

2 100

14841   (kg/ngày)Lượng hao hụt:

6 , 296 100

2

14841  (kg/ngày)4.2.3.2 Trích ly

Lượng chất khô trước khi trích ly

8 , 5817 100

) 60 100 ( 4 ,

Trích ly được 7% lượng chất khô với nồng độ là 10g/l

Khối lượng chất khô được trích ly:

100

7 8 ,

Lượng chất khô sau khi trích ly:

4 , 399 100

2 100 55 ,

Lượng chất khô hao hụt:

15 , 8 100

2 55 ,

Thể tích dịch enzim là:

39940 10

1000 4 , 399





(lít/ngày)4.2.3.3 Cô đặc

Lượng chất khô sau khi cô đặc:

4 , 391 100

2 100 4 ,

Lượng chất khô hao hụt:

8 100

2 4 ,

399  (kg/ngày)Lúc này hàm lượng chất khô la 25g/l.Thể tích dịch enzim lúc này là:

15656 25

1000 4

, 391





(lít/ngày)Thêm chất bảo quản để đạt nồng độ 40g/l Lượng chất bảo quản là:

84 , 234 4 , 391 1000

15656 40

15656 40





(kg/ngày)Lượng chất khô sau khi sấy:

7 , 613 100

2 100 24 ,

Lượng hao hụt:

53 , 12 100

2 24 ,

626  (kg/ngày)Sau khi sấy độ ẩm là 10%

Lượng enzim kỹ thuật thành phẩm là:

9 , 681 )

10 100

10 7 , 613 ( 7 ,





4.2.4 Lượng nước cần dùng cho cả dây chuyền

4.2.4.1 Lượng nước cần cho phối trộn

 1

% 100 m

m W

mn: Khối lượng ẩm trong nguyên liệu.

mvl: Khối lượng vật liệu khô tuyệt đối

Độ ẩm ban đầu của nguyên liệu là:

14 6 ,

, 122 2 , 483 2 ,

60 37103

Vậy lượng nước cần phối trộn là:

20110 2152

Khối lượng riêng của nước ở 25oC: Dn = 998(kg/m3)

Vậy thể tích nước cần dung :

3 , 22 998

hay 22300 (lít/ngày)

4.2.5 Môi trường nhân giống

Môi trường sau khi làm nguội, ta lấy 10% làm môi trường nhân giống

Khối lượng môi trường nhân giống : 3594 , 55

100

10 5 ,

4.3 Tổng kết

Trong dây chuyền sản xuất sản phẩm thô, ta chỉ xử dụng 60% tổng canhtrường nấm mốc sau khi nuôi cấy, 40% còn lại dung dể sản xuất enzim kỹ thuật.Vậy lượng sản phẩm thô là:

9000 100

60

15000  (kg/ngày)Bảng 4.3.Bảng tổng kết

Công đoạn

Lượng haohụt (kg/ngày) Năng suất côngđoạn (kg/ngày)

CHƯƠNG V TÍNH VÀ CHỌN THIẾT BỊ

5.1 Thiết bị thanh trùng

Đặc tính kỷ thuật của thiết bị thanh trùng dạng nằm ngang:

Năng suất của thiết bị là 1600-2400 Kg/ngày

Áp suất cho phép là 0,2 Mpa

Số vòng quay của máy trộn là 0,25 vòng/s

Kích thước cơ bản của thiết bị là:

Năng suất thiết kế là 36361 Kg/ngày.

Số lượng thiết bị

15 , 15 2400

36361



Vậy chon 16 thiết bị

5.2 Thiết bị sấy

5.2.1 Thiết bị sấy băng tải

Chọn máy sấy băng tải với đặc tính kỷ thuật như sau:

Số lượng băng tải lưới là 5 cái

Bề rộng của lưới băng tải là 1250 mm

Tốc độ điều chỉnh chuyển động của băng tải là 0,04 ÷ 5,7 m/phút

Đường kính của các tang băng tải là 244 mm

Thời gian sấy và làm lạnh là 40 ÷ 60 phút

Nhiệt độ cao nhất đun nóng canh trường trong quá trình sấy là 57oC

Kích thước cơ bản của máy sấy là: 5560 × 2800 × 3950 mm.Kích thước cơ bản của cả tổ hợp thiết bị là: 24400 × 5000 × 3950 mm.Khối lượng của thiết bị là: 11600 Kg

Lượng tiêu hao của các đơn vị cho một tấn canh trường khô là:

Đối với không khí là: 17800 m3

Đối với hơi là: 6000 Kg ở áp suất 392 KPa

Đối với năng lượng điện là 200 Kwh

Năng suất thiết kế là: 9183,6 Kg/ngày

Số lượng máy sấy:

62 , 2 3500

6 , 9183



Vậy chọn 3 máy sấy băng tải

5.2.2 Thiết bị sấy phun

Ưu điểm của thiết bị:

Nhanh chóng trong quá trình sấy

Nhiệt độ của vật liệu sấy thấp

Sản phẩm nhận được ở dạng bột nhỏ không cần phải nghiền lại và có độ hoàtang lớn

Nhược điểm:Loại này có kích thước của phòng sấy tương đối lớn, do tốc độchuyển động của các tác nhân sấy không lớn và sức căn nhỏ của phòng so ẩm bốchơi (2 đến 2,5 kg/m3.h), cũng như sự phức tạp về cơ cấu hệ thống phun, hệ thu hồibụi và tháo dỡ sản phẩm

Chọn máy sấy phun nhãn hiệu CPU-5/120

Đặt tính kỹ thuật:

Đường kính bên trong 5000, mm

Chiều cao phần xilanh 6000,mm

Vậy chọn 1 máy sấy phun

5.3 Thiết bị nuôi cấy

Ta chọn kích thước của khay:

Dài: 1,5m

Rộng: 1m

Cao: 0,08m

Chiều dày lớp môi trường là 0,02m

Môi trường dinh dưỡng có độ ẩm 60%, có mật độ xếp là 306 Kg/m3

Khối lượng môi trường nuôi cấy là: 35495,5Kg/ngày

Tổng thể tích của môi trường nuôi cấy là:

116

306

5 , 35495

Giá đỡ có chiều cao là 1,4 m

Chân đế có chiều cao là 0,2 m

Tổng chiều cao của giá là: 1,4 + 0,2 = 1,6 (m)

Khoảng cách giữa 2 giá đỡ là 0,2 m

7 2 , 0

4 , 1



Số lượng k hay trên một giá đỡ là (khay)

3 , 552 7

Chọn máy trộn dạng băng tải có đặc tính kỹ thuật như sau: [4, Tr302]

Năng suất thiết kế là: 37103 Kg/ngày

Trong hốc phun : 50 MPa.

Trong áo ngoài : 143 MPa

Năng suất là : 1200 Kg/h

Số vòng quay của rôto là : 31,5 vòng/phút

Công suất của động cơ là : 10 Kw

Kích thước cơ bản là : 5346 × 1480 × 1940; mm

Khối lượng là : 4000 Kg

Số lượng máy trộn:

29 , 1 24 1200

Khối lượng canh trường chứa trong mỗi khay là : 36,3 Kg/ngày

Chọn cân có đặc tính kỹ thuật như sau:

Nhãn hiệu là AK–40

Khối lượng của mẻ là : 20 ÷ 40 Kg

Thời gian của mỗi chu kỳ cân là : 60 s

Sức chứa của gàu là : 0,128 m3

Công suất của động cơ là : 1 Kw

Kích thước cơ bản là : 1178 × 1035 × 1066 mm.

Bề mặt trao đổi nhiệt : 0,3m2Chọn 3 máy nghiển

+ 1 máy để gia công bột ngô

+ 1 máy cho dây chuyền sản xuất enzim thô

+ 1 máy cho dây chuyền sản xuất enzim kỹ thuật

5.7 Máy sang bột ngô

cô đặc đến nồng độ 30 đến 40g/l Sau đó đem sấy phun ở nhiệt độ đầu 120o và đầu

ra là 60oC sẽ thu được chế phẩm thô dạng bột Vậy ta thực hiện cô đặc ở 1 nồi Bởi

vì enzim có bản chất protêin cho nên rất dễ biết tính khi gặp phải nhiệt độ cao.Trong quá trình cô đặc việc lựa chọn một chế độ nhiệt độ thích hợp là rất quantrọng, thời gian cô đặc cũng không quá dài Cho nên chọn hệ thống cô đặc loạimàng là phù hợp

Các đại lượng thứ nguyên có liên quan

DO: Hơi sống đi vào nồi đầu (kg/h)

Wi: Lượng hơi thứ bốc ra từ các nồi (kg/h)

Gđ: Lượng dịch vào hệ thống ,(kg/h)

Gc: Lượng chế phẩm sau khi cô đặc ,(kg/h)

Xđ: Nồng độ chất khô của dịch enzim vào hệ thống chọn Xđ = 10%.Xc: Nồng độ chất khô trong chế phẩm chọn Xc = 25%

5.8.1 Khối lượng nước bốc hơi trong quá trình cô đặc

.( 1 ), (kg/h)

X

X G

5.8.2 Lượng hơi đốt cần cho quá trình cô đặc

Ta có: D W n

85 , 0

85 , 0

1 , 919

h kg





5.8.3 Tính cân bằng nhiệt cho buồng đốt

Nhiệt lượng cần cung cấp để đun nóng dung dịch từ nhiệt độ đầu td đến nhiệt

độ sôi

ts được tính theo công thức:(V_46)

Q1 = Gd.C.(tc – td) (Kcal/h)

Trong đó:

Gd : Lượng dung dịch cần đun nóng: Gd = 1493,5(kg/h)

td : Nhiệt độ của dung dịch ban đầu: td = 26oC

tc : Nhiệt độ của dung dịch sau khi đun nóng tc = 45oC

C : Nhiệt dung riêng của dung dịch

C = 4190 – (2514 – 7,542.t).x

Trong đó:x = 0,1, t = 260C

Vậy: C = 0,9452 (Kcal/kg.độ)

Suy ra: Q1 = 1493,5.0,9452(45 – 26) = 26821,1 (Kcal/h)

Nhiệt lượng cần để bốc hơi:

Q2 = W.rTrong đó:

W = 919,1 Lượng nước bốc hơi

r: Nhiệt lượng riêng của hơi nước ở 450C r = 615,7(Kcal/kg)

Q F



 ( t3,STQT&TBCNHH)Trong đó:

Q: Nhiệt lượng dùng để cho gia nhiệt.(Kcal/h)

K: Hệ số truyền nhiệt

K được tính bằng công thức thực nghiệm:

54 , 0

 t v

K (Kcal/h.m2.oC)

Với t : Nhiệt độ của dung dịch sau khi gia nhiệt,t = 450C

V : Vận tốc dung dịch đi trong ống chọn với tốc độ 2(m/s)

Thay số vào ta có:

359 54 , 0 2 45

067 , 651982

Với d : Đường kính trong của ống truyền nhiệt

L : Chiều dài ống truyền nhiệt

S : Bề dày ống truyền nhiệt

5.8.4.2 Số ống truyền nhiệt

87 5 038 , 0 14 , 3

89 , 51



l d

F n



Chọn theo quy chuẩn: n = 93 ống.(V_11 STQT&TBCNHH tập2, t 48)

Đường kính buồng đốt:

Dd = t(2no + 1) (m)Với n số lớp ống : n = 5

ht = 150mm

Chọn chiều dày của đáy elíp S = 4mm

Vậy chiều cao gờ h ≥ 2.S = 8mm

Chiều cao của buồng đốt được tính như sau:

Hbđ = 8 + 5000 + 150 = 5158mm