Thiết kế nhà máy sản xuất chế phẩm enzyme amylase theo phương pháp bề mặt năng suất enzyme thô là 24 tấnngày

MỞ ĐẦUTinh bột là sản phẩm tự nhiên quan trọng nhất có nhiều ứng dụng trong công nghiệp và trong đời sống con người. Nhiều nước trên thế giới sử dụng nguồn tinh bột từ khoai tây, lúa mì, ngô (sắn), còn riêng ở nước ta thì sử dụng gạo và khoai mì là nguồn tinh bột chủ yếu. Để thực hiện quá trình thuỷ phân tinh bột trong thực tế sản xuất người ta thường sử dụng enzyme amylase. Enzyme amylase có thể tìm thấy ở nhiều nguồn khác nhau như amylase từ thực vật, động vật và VSV. Hiện nay, các nhà sản xuất có thể sử dụng amylase có khả năng chịu nhiệt cao mà không bị mất hoạt tính, chẳng hạn amylase được tách chiết từ VSV. Sử dụng amylase để thủy phân tinh bột cần năng lượng xúc tác thấp, không yêu cầu cao về thiết bị sử dụng, giảm chi phí cho quá trình tinh sạch dịch đường. Nguồn amylase có thể lấy từ mầm thóc, mầm đại mạch (malt), hạt bắp nảy mầm, hay từ nấm mốc… Nguyên liệu cho sản xuất là gạo, bắp, khoai mì... Đây là những nguồn nguyên liệu rẻ tiền có thể tìm thấy dễ dàng ở nước ta. Nhờ những ưu điểm trên mà enzyme amylase được ứng dụng rộng rãi trong nhiều ngành công nghiệp: chế biến thực phẩm, dệt, y dược... Do đó, việc nắm rõ phương pháp sản xuất enzyme amylase để ứng dụng vào thực tế sản xuất là nhu cầu cần thiết.Trên cơ sở đó tôi được bộ môn giao cho thực hiện đề tài: Thiết kế nhà máy sản xuất chế phẩm enzyme amylase theo phương pháp bề mặt năng suất enzyme thô là 24 tấnngày .Tuy nhiên, do kiến thức còn hạn chế, thời gian thiết kế có hạn, hơn nữa tài liệu tham khảo không nhiều nên bài viết còn nhiều thiếu sót mong được sự đóng góp của thầy cô và các bạn là điều cần thiết

MỞ ĐẦU

Tinh bột là sản phẩm tự nhiên quan trọng nhất có nhiều ứng dụng trongcông nghiệp và trong đời sống con người Nhiều nước trên thế giới sử dụngnguồn tinh bột từ khoai tây, lúa mì, ngô (sắn), còn riêng ở nước ta thì sử dụnggạo và khoai mì là nguồn tinh bột chủ yếu Để thực hiện quá trình thuỷ phân tinhbột trong thực tế sản xuất người ta thường sử dụng enzyme amylase Enzymeamylase có thể tìm thấy ở nhiều nguồn khác nhau như amylase từ thực vật, độngvật và VSV Hiện nay, các nhà sản xuất có thể sử dụng amylase có khả năng chịunhiệt cao mà không bị mất hoạt tính, chẳng hạn amylase được tách chiết từ VSV

Sử dụng amylase để thủy phân tinh bột cần năng lượng xúc tác thấp, không yêucầu cao về thiết bị sử dụng, giảm chi phí cho quá trình tinh sạch dịch đường.Nguồn amylase có thể lấy từ mầm thóc, mầm đại mạch (malt), hạt bắp nảy mầm,hay từ nấm mốc… Nguyên liệu cho sản xuất là gạo, bắp, khoai mì Đây lànhững nguồn nguyên liệu rẻ tiền có thể tìm thấy dễ dàng ở nước ta Nhờ những

ưu điểm trên mà enzyme amylase được ứng dụng rộng rãi trong nhiều ngànhcông nghiệp: chế biến thực phẩm, dệt, y dược Do đó, việc nắm rõ phương phápsản xuất enzyme amylase để ứng dụng vào thực tế sản xuất là nhu cầu cần thiết

Trên cơ sở đó tôi được bộ môn giao cho thực hiện đề tài: " Thiết kế nhà máy sản xuất chế phẩm enzyme amylase theo phương pháp bề mặt năng suất enzyme thô là 24 tấn/ngày ".

Tuy nhiên, do kiến thức còn hạn chế, thời gian thiết kế có hạn, hơn nữa tàiliệu tham khảo không nhiều nên bài viết còn nhiều thiếu sót mong được sự đónggóp của thầy cô và các bạn là điều cần thiết

CHƯƠNG I LẬP LUẬN KINH TẾ KỸ THUẬT

Hòa vào công cuộc thúc đẩy nền kinh tế cũng như công nghiệp hoá hiện đạihoá đất nước ở miền trung nói chung và Đà Nẵng nói riêng, nhiều khu côngnghiệp đã được xây dựng và đang trên đà phát triển, trong đó có khu công nghiệpHoà Cầm tại Đà Nẵng KCN Hòa Cầm là nơi tập trung nhiều ngành công nghiệpquan trọng, giải quyết công ăn việc làm cho nhiều người Tốc độ đô thị hóa ngàycàng nhanh, khu công nghiệp Hòa Cầm ngày càng thu hút được nhiều nhà đầu tư

và nhanh chóng trở thành khu công nghiệp lý tưởng

Vì vậy tôi chọn xây dựng nhà máy sản xuất enzyme amylaza theo phươngpháp nuôi cấy bề mặt năng suất enzyme thô là 24 tấn/ngày tại KCN - Hòa Cầm

Đà Nẵng khoảng từ 5 đến 7km

Khí hậu Đà Nẵng chia ra làm hai mùa nắng và mưa Mùa nắng từ tháng

1-8, mùa mưa từ tháng 9-12, nhiệt độ trung bình là 26÷28oC, độ ẩm trung bình80÷84%, hướng gió chủ yếu là đông-nam Với điều kiện tự nhiên, khí hậu nhưvậy việc xây dựng nhà máy sản xuất enzyme amylaza là hoàn toàn có cơ sở.Hơn thế, điều kiện đất đai, khí hậu của Quảng Nam - Đà nẵng thuận lợi cho việctrồng các loại cây giàu tinh bột như: lúa, ngô, khoai, sắn…

1.2 Nguồn cung cấp nguyên liệu

Tuy ngành nông nghiệp của Đà Nẵng không được xếp vào loại phát triểntrong vùng nhưng nó rất gần với Huế, Quảng Nam, Bịnh Định các tỉnh có ngànhnông nghiệp vượt trội so với Đà Nẵng kể cả về diện tích lẫn chất lượng cây nôngnghiệp Trong đó Ngô ở Quảng Nam rất nổi tiếng, đặc biệt là ngô Hội An

1.3 Hợp tác hoá

Nhà máy đặt trong khu công nghiệp nên việc hợp tác hóa, liện hợp hóađược tiến hành chặt chẽ, do đó việc sử dụng những công trình điện, nước, giaothông, cũng như việc nhập nguyên liệu và tiêu thụ sản phẩm… được tiến hànhthuận lợi

1.4 Nguồn cung cấp điện

Nhà máy sử dụng nguồn điện cung cấp từ lưới điện của khu công nghiệp Để đềphòng mất điện nhà máy có lắp đặt thêm máy phát điện dự phòng

1.5 Nguồn cung cấp nhiệt

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

sử dụng hơi từ phân xưởng hơi của nhà máy

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

Nước là nhu cầu không thể thiếu được, nguồn nước cung cấp cho nhà máy đượclấy từ công ty cấp nước Đà Nẵng Để chủ động nguồn nước nhà máy có thể tựxây dựng thêm các bể chứa nước

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

1.7 Giao thông

Để thuận lợi cho việc nhập nguyên vật liệu, trang thiết bị, bao bì, nhiênliệu…và xuất sản phẩm ra khỏi nhà máy thì giao thông đóng vai trò quan trọng.Những năm gần đây thành phố Đà Nẵng liên tục nâng cấp cơ sở hạ tầngmạng lưới giao thông đô thị, cảng biển, sân bay ngày càng khang trang hiện đạicho nên rất thuận tiện

1.8 Nguồn lao động

Là những người am hiểu về vi sinh vật cũng như về enzyme chủ yếu là kỹ

sư tốt nghiệp ngành công nghệ sinh học từ các trường đại học trong và ngoàinước

1.9 Năng suất nhà máy

Nhà máy được thiết kế theo năng suất đủ cung cấp cho toàn miền trunglượng chế phẩm enzyme thô 24 tấn/ngày

CHƯƠNG II TỔNG QUAN

2.1 Tổng quan về enzyme Amylase

Amylase là một hệ enzyme rất phổ biến trong thế giới sinh vật Các enzymenày thuộc nhóm enzyme thủy phân, xúc tác phân giải liên kết nội phân tử trongnhóm polysaccharide với sự tham gia của nước:

Oligo – 1,6-glucozidaza ( Dextrin-1,6-glucanhydrolaza )

- exoamylase :Glucoamylaza (γ -1,4 glucan-glucohydrolaza)

Glucolidaza hay mantaza (-D-glucozit-glucohydrolaza)

Transglucozilaza (-1,4-glican:D-glucoza-4-glucozitransferaza)

•Endoamylase gồm có α-amylase và nhóm enzyme khử nhánh Nhómenzyme khử nhánh này được chia thành 2 loại: Khử trực tiếp là Pullulanase, khửgián tiếp là Transglucosylase và maylo-1,6-glucosidase Các enzyme này thủyphân các liên kết bên trong của chuỗi polysaccharide

•Exoamylase gồm có β-amylase và γ-amylase Đây là những enzyme thủyphân tinh bột từ đầu không khử của chuỗi polysaccharide

2.2 Đặc tính và cơ chế tác dụng của enzyme amylase

2.2.1 α -amylase

α-amylase từ các nguồn khác nhau

có thành phần amino acid khác nhau,

mỗi loại α-amylase có một tổ hợp amino

acid đặc hiệu riêng α-amylase là một

protein giàu tyrosine, tryptophan, acid

glutamic và aspartic Các glutamic acid

Hình 2.1 Cấu trúc không gian

- amylase [19]

và aspartic acid chiếm khoảng ¼ tổng lượng amino acid cấu thành nên phân tửenzyme:

- α-amylase có ít methionine và có khoảng 7-10 gốc cysteine

- Trọng lượng phân tử của α-amylase nấm mốc: 45000-50000 Da

- Amylase dễ tan trong nước, trong dung dịch muối và rượu loãng

- Protein của các α-amylase có tính acid yếu và có tính chất của globuline

- Điểm đẳng điện nằm trong vùng pH=4,2-5,7

- α-amylase là một metaloenzyme

- Mỗi phân tử α-amylase đều có chứa 1-30 nguyên tử gam Ca/mol, nhưngkhông ít hơn 1-6 nguyên tử gam Ca/mol Ca tham gia vào sự hình thành và ổnđịnh cấu trúc bậc 3 của enzyme, duy trì hoạt động của enzyme (Modolova,

1965) Thành phần amino acid của α-amylase ở nấm mốc Aspergillus Oryzase

như sau (g/100 g protein):

Bảng 2.1 Thành phần amino acid của α-amylase ở nấm Aspergillus Oryzase

lớn dextrin phân tử thấp (α-dextrin), độ nhớt của hồ tinh bột giảm nhanh (cácamylose và amylopectin đều bị dịch hóa nhanh)

+Sang giai đoạn 2 (giai đoạn đường hóa): Các dextrin phân tử thấp tạothành bị thủy phân tiếp tục tạo ra các tetra-trimaltose không cho màu với iodine.Các chất này bị thủy phân rất chậm bởi α-amylase cho tới disaccharide vàmonosaccharide Dưới tác dụng của α-amylase, amylose bị phân giải khá nhanhthành oligosaccharide gồm 6 - 7 gốc glucose.

+Sau đó, các mạch glucose này bị phân cách tiếp tục tạo nên các mạchglucose colagen cứ ngắn dần và bị phân giải chậm đến maltotetrose vàmaltotriose và maltose Sản phẩm thủy phân của amylose chứa 13% glucose và87% maltose Tác dụng của α-amylase lên amylopectin cũng xảy ra tương tựnhưng vì không phân cắt được liên kết α-1,6-glycoside ở chỗ mạch nhánh trongphân tử amylopectin nên sản phẩm cuối cùng, ngoài các đường nói trên (72%maltose và 19% glucose) còn có dextrin phân tử thấp và isomaltose 8%

Tóm lại, dưới tác dụng của α-amylase, tinh bột có thể chuyển thànhmaltotetrose, maltose, glucose và dextrin phân tử thấp Tuy nhiên, thông thườngα-amylase chỉ thủy phân tinh bột thành chủ yếu là dextrin phân tử thấp khôngcho màu với Iodine và một ít maltose Khả năng dextrin hóa cao của α-amylase làtính chất đặc trưng của nó Vì vậy, người ta thường gọi loại amylase này làamylase dextrin hóa hay amylase dịch hóa

2.2.2.β -amylaza (α-1,4-glucan-mantohydrolase)

β -amylaza xúc tác sự thuỷ phân các liên kết α -1,4 glucan trong tinh bột,glucogen và polisacarit đồng loại, phân cắt tuần tự gốc mantoza từ một đầukhông khử của mạch Mantoza tạo thành có cấu hình β - vì thế mà amylaza nàygọi làβ -amylaza Theo đặt tính tác dụng lên tinh bột, β -amylaza khácα -amylaza ở một số điểm sau:

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

-β -amylaza phân giải 100% amylaza thành mantoza và phân giải 54 –58% amylopectin thành mantoza Quá trình thuỷ phân amylopectin từ đầu khôngkhử của các nhánh ngoài cùng Mỗi nhánh ngoài có từ 20 – 26 gốc glucoza nêntạo thành được 10 – 12 phân tử mantoza Khi gặp liên kết α -1,4 glucozit đứng

kế cận liên kếtβ -1,6 glucozit thìβ -amylaza ngừng tác dụng Phần sacarit cònlại là dextrin phân tử lớn có rất nhiều liên kếtβ -1,6 glucozit và được gọi làβ -dextrin Tác dụng củaβ -amylaza lên hồ tinh bột có thể diễn biến bằng sơ đồ sau:Tinh bột β -amylaza

(54 – 58%) mantoza + (42 – 46%) β -dextrin

2.2.3 Glucoamylaza

Thuỷ phân liên kết α -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 kếtα -1,4 lẫnβ -1,6 glucan, glucoamylaza của vi sinh vật khácnhau thì khác về mức độ phân giải tinh bột Sơ đồ thuỷ phân gluxit bởiglucoamylaza có thể biểu diễn như sau:

Tinh bột hay oligosacarit Rh delema

do vậy mantoza được tích tụ nhiều trong dịch thuỷ phân

2.2.5 α -glucozidaza hay mantoza

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

Hình.2.2 Cấu trúc không gian-amylaza

2.2.6 Transglucozilaza [13, tr 169-224]

Nó có cả hoạt tính trans-feraza lẫn hoạt tính thuỷ phân Transglucozilazathực hiện chuyển các gốc glucozit sang mono-, di- và oligosacarit, xúc tác tạothành các liên kết α -1,4 vàβ -1,6 glucozit Sự có mặt của Transglucozilazatrong các chế phẩm amylaza (dùng trong công nghiệp rượu) là điều không mongmuốn Glucoamylaza xúc tác sự thủy phân tinh bột, còn transglucozilaza lại tổnghợp các izosacarit từ các sản phẩm thủy phân này, do đó nó làm giảm bớt mức độthủy phân sâu sắc tinh bột và làm cho dịch thủy phân có vị đắng

2.3 Các nhóm vi sinh vật tham gia tổng hợp amylaza

Muốn thu được các enzyme amylaza với hiệu suất cao cần phải tiến hànhphân lập và chọn giống vi sinh vật để tuyển chọn lấy những chủng hoạt động Sựtổng hợp enzyme amylaza không những chỉ phụ thuộc vào các tính chất di truyềncủa vi sinh vật mà còn phụ thuộc và thành phần môi trường và điều kiện nuôi cấy

amylase thu nhận từ các nguồn khác nhau. [1]

Nguồn thu nhận Giới hạn pH

(pH tối ưu)

Khối luợngphân tử (Dalton)

Nhiệt độtối ưu (oC)

B.stearothermophilus 4,0-5,2 96.000 80

Hình 2.3 Aspergillus oryzae

Từ kết quả tham khảo từ các tài liệu:[1,16]Tôi quyết định chọn chủng nấm

mốc Asp.Oryzae để tiến hành nuôi thu nhận chế phẩm enzyme amylaza, bởi vì

chủng này tổng hợp nhiều enzyme glucoamylaza Đồng thời enzyme chiết xuất

từ nấm mốc dễ loại bỏ các khuẩn ty của nấm trong môi trường sản xuất enzyme

2.3.1 Nấm mốc Aspergillus oryzae:

Asp.oryzae là một loại vi nấm thuộc bộ Plectascales, lớp Ascomycetes.

Cơ thể sinh trưởng của nó là một hệ

sợi bao gồm những sợi rất mảnh, chiều

ngang 5-7 µm, phân nhánh rất nhiều và có

vách ngăn, chia sợi thành nhiều bao tế bào

(nấm đa bào) Từ những sợi nằm ngang

này hình thành những sợi đứng thẳng gọi là

cuống đính bào tử, ở đó có cơ quan sinh

sản vô tính Cuống đính bào tử của

Asp.oryzae thường dài 1-2 mm nên có thể

nhìn thấy bằng mắt thường Phía đầu cuống

đính bào tử phồng lên gọi là bọng Từ bọng này phân chia thành những tế bàonhỏ, thuôn, dài, gọi là những tế bào hình chai Ðầu các tế bào hình chai phân chiathành những bào tử đính vào nhau, nên gọi là đính bào tử Ðính bào tử của

Asp.oryzae có màu vàng lục hay màu vàng hoa cau…

Giống Asp.oryzae là giàu các enzyme thủy phân nội bào và ngoại bào

(amylase, protease, pectinasa,…), ta rất hay gặp chúng ở các kho nguyên liệu,trong các thùng chứa đựng bột, gạo… đã hết nhưng không được rửa sạch, và ởcặn bã bia, bã rượu, ở lỏi ngô, ở bã sắn… Chúng mọc và phát triển có khi thành

Hình 2.4 Asp.oryzae phát

triển trên gạo

lớp mốc, có màu sắc đen ,vàng… Màu do các bào tử già có màu sắc Các bào tửnày, dễ bị gió cuốn bay xa và khi gặp điều kiện thuận lợi sẽ mọc thành mốc mới.

2.4 Dinh dưỡng của vi sinh vật

Thành phần của môi trường dinh dưỡng là yếu tố có tác dụng quan trọngđến hoạt động sống của vi sinh vật và khả năng sinh tổng hợp enzyme Đứng trênquan điểm điều khiển sinh tổng hợp các sản phẩm theo chủ đích thì trong thànhphần môi trường dinh dưỡng phải có đủ các chất đảm bảo được sự sinh trưởngbình thường của vi sinh vật và tổng hợp enzyme Vi sinh vật muốn phát triểnđược cần phải cung cấp các hợp chất chứa: C, N, H, O,….ngoài ra trong môitrường còn chứa các khoáng vi lượng, đa lượng, vitamin, đôi khi người ta còn bổsung một số axit amin, bazơ purin (adênin, guamin…)

2.4.1 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

Cám gạo là một phế phẩm khi xay xát hạt lúa để loại bỏ lớp vỏ tạo ra hạtgạo Trong cám gạo có chứa tương đối đủ các chất phù hợp cho sự phát triển của

vi sinh vật đặc biệt là nấm sợi, hàm lượng tinh bột chiếm lượng lớn

Bảng 2.3 Thành phần hoá học trung bình của cám

2.4.1.2.1 Đặc trưng và phân loại ngô

Ngô là loại cây lương thực trồng phổ biến trên thế giới Cây ngô rất dễtrồng thích hợp với nhiều loại khí hậu khác nhau cho nên nó được trồng ở cả cácnước nhiệt đới, ôn đới lẫn hàn đới Tuy nhiên ở những vùng lạnh thì khó mọc vànăng suất thấp

Ngô có nhiều loại, chúng khác nhau về hình dạng bắp, hình dạng và kíchthước hạt, 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

Ngô sáp hay gọi là ngô nếp Đầu hạt tròn, hạt nhỏ, màu trắng đục Phầnngoài nội nhủ trắng trong, trong lõi trắng đục.

Hàm lượng tinh bột chứa tới 60%, thành phần tinh bột chủ yếu làamilopectin, còn amilo hầu như không có

2.4.1.2.2 Cấu tạo và tính chất của hạt ngô

Hạt ngô cấu tạo gồm 3 phần chính: Nội nhũ, phôi, vỏ

Bảng 2.4 Tỉ lệ khối lượng từng phần một số loại bột ngô (%) [ 5, tr 31]

Thành phần hóa học của ngô chủ yếu gồm: tinh bột và protit Ngoài ra còn

có một số chất khác như chất béo, đường, xenlulose

Bảng 2.5 Thành phần một số loại ngô (theo % chất khô) [5, tr 32-33]

Trong công nghệ sản xuất enzyme bằng phương pháp bề mặt, người tathường hay sử dụng ngô mảnh vì ngô mảnh có các ưu điểm sau:

-Là vật liệu rời.Tinh bột có trong ngô mảnh không tạo kết dính nên thuậnlợi cho môi trường bán rắn trong muôi cấy bề mặt

Bảng 2.6 Thành phần hóa học trung bình của ngô mảnh [6, tr50]

2.4.2 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 sựtạo thành amylaza Thường sử dụng muối NH4NO3 để làm nguồn Nitơ

2.4.3 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 ảnhhưởng xấu đến sự tổng hợp mọi amylaza của nấm mốc Nguồn Mg2+ thườngđược sử dụng là MgSO4.

Photpho cần để tổng hợp các thành phần quan trọng của sinh chất (axitnucleic, photpholipit) và nhiều co-enzyme, đồng thời để phot-phorit hóa gluxittrong quá trình oxy hóa sinh học Nguồn photpho thường dùng là KH2PO4

2.5 Môi trường sinh tổng hợp enzyme

Môi trường nuôi nấm mốc để sinh tổng hợp enzyme amylaza bằng phươngpháp bề mặt chủ yếu là cám gạo có bổ sung bột ngô, các chất khoáng cần thiết vàmột số chất khác Ngoài ra trong môi trường còn sử dụng trấu để tăng độ xốp củamôi trường Tỷ lệ các thành phần như sau:

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 men hoặc không để xảy

ra những 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,sinh vật lạ

2.6.1.2 Độ cứng

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

có trong 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 Nước được dùngkhông 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

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

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 trùngbằng tia cực tím làm phá hủy cấu trúc tế bào của vi sinh vật Tiệt trùng bằngmàng siêu lọc với lỗ lọc 0,4 micromet Tuy nhiên phương pháp này giá thành cao

CHƯƠNG III CHỌN VÀ THUYẾT MINH DÂY CHUYỀN CÔNG NGHỆ

3.1 Chọn dây chuyền công nghệ [1]

Enzyme amylaza có từ nhiều nguồn khác nhau như từ thực vật, động vật,nhưng ngày nay người ta thu nhận enzyme amylaza chủ yếu từ vi sinh vật Gồmhai phương pháp chính nuôi cấy bề mặt và nuôi cấy bề sâu

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 bề sâu

- 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 việcvận hành công nghệ cũng như đầu tư ban đầu vừa đơn giản vừa ít tốn kém.

- Trong trường hợp bị nhiễm vi sinh vật lạ rất dễ xử lý Môi trường nuôi cấy

là môi trường đặc và tĩnh nên khi khu vực nào bị nhiễm vi sinh vật thì loại bỏkhu vực đó khỏi toàn bộ khối nuôi cấy, những khu vực khác sẽ hoàn toàn không

bị nhiễm

- Trong kỹ 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 tếbào vi sinh vật sẽ tạo thành những váng phủ kín bề mặt dung dịch lỏng Enzyme

sẽ được tổng hợp trong tế bào và thoát khỏi tế bào vào trong dung dịch nuôi cấy

Do đó việc thu nhận enzyme thô trong dịch nuôi cấy cũng rất đơn giản Tuynhiên phương pháp nuôi cấy này tỏ ra không hiệu quả vì hoạt lực của enzyme thunhận được của phương pháp này không cao bằng nuôi cấy trên môi trường bánrắn Vì vậy phương pháp này ít được dùng

Chính vì những lý do trên mà tôi quyết định chọn phương pháp nuôi cấy bề

mặt trên môi trường bán rắn sử dụng chủng nấm mốc Aspergyllus oryzae với dây

chuyền công nghệ như sau:

NghiềnSàng

Làm sạchBột

Làm sạch

TrộnW:58-60%

Thanh trùng, 1-1,5 amt

140oC, 50-60 phútGiống

Nhân giống sản xuất Làm nguội

38-40oC

Thanh trùng khayPhân phối vào khay nuôi

Nuôi cấy 28-32oC (t=30-60h)Thu nhận chế phẩm enzyme

NghiềnSấy

NghiềnBao gói

Trích ly

Cô đặc

Sản phẩm enzyme kỹ thuật dạng bột

Bao gói

3.2 Thuyết minh dây chuyền công nghệ

3.2.1 Nguyên liệu

Trong phương pháp lên men bề mặt, cấu trúc chính là cám mì, cám gạo, bổsung vào trấu, mạc cưa Việc bổ sung vào trấu, mạc cưa vừa rẻ vừa làm tăng độxốp giúp cho hệ sợi nấm phát triển tốt hơn, tận dụng tối đa nguồn cơ chất để sinh

ra hoạt lực enzyme cao nhất Đặc biệt chú ý, cám không được chứa tinh bột dưới20-30% Nên dùng cám tốt, cám mới, không có vị chua hay đắng, không hôi mùimốc Độ ẩm của cám không quá 15%, tạp chất độc không quá 0,05%

3.2.1.1 Nguyên liệu cám

Cám từ kho được gàu tải đưa lên bunke định lượng khối lượng, sau đó cám

từ bunke được xả xuống thiết bị phối trộn

3.2.1.2 Nguyên liệu bột ngô

Nghiền : Hạt bột ngô đầu vào được nhập vào kho bảo quản chờ sản xuất.Khi sản xuất thì ngô hạt từ kho chuyển đến bunke và chuyển qua 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 vít tảichuyển 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 tiếptục nghiền

3.2.1.3 Nguyên liệu trấu:

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

3.2.2 Phối trộn

Hỗn hợp cám, trấu, bột ngô, nước, muối khoáng và các chất dinh duỡng cầnthiết khác được trộn đều Nước làm ẩm, phục vụ trực tiếp cho thanh trùng, đảmbảo chế độ làm ẩm cho quá trình nuôi cấy, độ ẩm tối ưu là 58% ÷ 60%

3.2.3 Thanh trùng

Nguyên liệu sau khi phối trộn được vít tải vận chuyển vào cửa trên củanhững thiết bị thanh trùng Sau khi nạp vào nồi tiệt trùng một lượng nước vàdung dịch amoni sunfat nhất định rồi trộn đều và tiến hành tiệt trùng môi trường

ở chế độ tự động

Mục đích:

+ Làm cho môi trường được tinh khiết về phương diện vi sinh vật, làm chínthì biến thành tinh bột và protein

+Tiến hành thanh trùng dưới áp suất hơi 1-1,5 atm bằng hơi nóng ở nhiệt độ

140oC Thời gian giữ nhiệt là 50 ÷ 60 phút

3.2.4 Làm nguội

Mục đích:

+Sau khi thanh trùng, môi trường được đưa vào mức 2 là bộ khuấy trộn tiệttrùng tại đây môi trường được làm nguội môi trường xuống 38oC ÷ 40oC và cấygiống vào canh trường nhờ ống dẫn được bố trí tại phía phần trụ dưới của bộkhấy trộn Tỉ lê gieo giống là 10%

3.2.5 Nhân giống sản xuất

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

Thành phần môi trường thạch sapec:

Cũng môi trường trên mốc giống được nuôi trong bình tam giác 1 lít vàđược đặt 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 cũngđược thực hiện trên khay và được thực hiện trong phòng nhân giống

3.2.6 Nuôi cấy

Sau khi kết thúc quá trình trộn giống, canh trường được vít tải chuyển đếnbàn nạp liệu Tại đây canh trường được các vít tải có đinh lượng phân bổ vào cáckhay nuôi, sau đó theo đường ray tự động chuyển vào phòng nuôi cấy

Trong quá trình nuôi không cần điều chỉnh PH môi trường Đây là môitrường bán rắn nên sự thay đổi PH ở vị trí này không ảnh hưởng đến toàn bộ môitrường Độ ẩm 96% ÷ 98%

Thời gian nuôi cấy nấm mốc khoảng 36 ÷ 60 giờ, trung bình 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 khôngđược 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 triểnrất mạnh Các sợi nấm này tạo ra những mạng sợi chằng chịt khắp trong các hạtmôi trường, 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

Cần dừng quá trình nuôi cấy và thu nhận enzyme trong giai đoạn này Vìtrong giai đoạn này bào tử được hình thành nhiều và làm giảm hoạt lực củaenzyme

3.2.7 Thu nhận chế phẩm enzyme.

Kết thúc quá trình nuôi cấy, canh trường enzyme sau nuôi cấy được vậnchuyển lên bunke chứa bằng gàu tải Dựa theo mục đích sử dụng, 40% lượngcanh trường được đưa vào dây chuyền chế biến enzyme thô Còn lại đưa qua dâychuyền chế biến enzyme kỹ thuật

3.2.8 Dây chuyền chế biến enzyme thô

3.2.8.1 Sấy băng tải

40% chế phẩm enzyme từ bunke được vít tải chuyển đến máy sấy Mụcđích của công đoạn này là sấy khô để bảo quản lâu dài Độ ẩm cần đạt được saukhi quá trình sấy kết thúc nhỏ hơn 10% Quá trình sấy được thực hiện bởi tác nhânsấy là không khí có nhiệt độ 40oC

3.2.8.2 Nghiền

Canh trường nấm mốc sau khi sấy được gàu tải chuyển sang máy nghiền.Mục đích của quá trình nghiền là vừa phá vỡ tế bào, vừa làm nhỏ các thành phầncủa chế phẩm enzyme thô Khi thành tế bào bị phá vỡ, các enzyme nội bào chưathoát 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

3.2.9 Dây chuyền chế biến enzyme kỹ thuật

3.2.9.1 Nghiền

60% lượng canh trường sau nuôi cấy được vận chuyển lên bunke chứa vàcho vào máy nghiền bằng vít tải Mục đích phá vỡ cấu trúc tế bào

Kết thúc quá trình nghiền chế phẩm enzyme được gàu tải chuyển lên vít tải

và đưa qua trích ly để thu nhận enzyme kỹ thuật

3.2.9.2 Trích ly

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

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

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

3.2.9.3 Cô đặc

Mục đích của giai đoạn này là nâng cao nồng độ chất khô tử 4-6 g/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 đó dịch cô đặc sẽ được đưa vào thiết bị sấy phun

3.2.9.5 Bao gói

Sản phẩm từ bunke chứa sau khi sấy được đưa vào thiết bị bao gói Enzymeamylase kỹ thuật được đóng trong các túi polyetylen 2 lớp, mỗi túi có khối lượng1500g Trên mỗi túi có ghi đầy đủ các thông số: ngày sản xuất, tên sản phẩm,công ty sản xuất, hạn sử dụng và hướng dẫn sử dụng Kết thúc quá trình bao góisản phẩm được đưa đến kho bảo quản

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 tết lao động nghỉ : 1 ngày

+Ngày quốc khánh nghỉ : 1 ngày

+Ngày giỗ tổ Hùng Vương : 1 ngày

Để theo dõi quá trình lên men thì phân xưởng phải làm việc 3 ca/ngày Tổng số ca làm việc cho cả năm: 888 ca

Số liệu ban đầu:

Năng suất 24 tấn/ngày hay 24000 kg/ngày

Bảng 4.2 Bảng tỉ lệ hao hụt qua các công đoạn

100

Lượng sản phẩm hao hụt :

1,0 24024,02 24,02 (kg/ngày)

100 24024,02 24514,31 (kg/ngày)

Lượng hao hụt :

=100

2 24514,31 490,29 (kg/ngày)

4.2.1.3 Sấy băng tải

Tỉ lệ hao hụt 2 %

Độ ẩm ban đẩu của canh trường nấm mốc là 60%

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

Lượng canh trường nấm mốc trước công đoạn sấy :

(

)10100(100 24514,31

56282,86 (kg/ngày)Lượng hao hụt :

=100

2 56282,86 1125,66 (kg/ngày)

Lượng sản phẩm enzyme thô chiếm 40% tổng lượng chế phẩm thu được :

=40

100 56282,86 140707,14 (kg/ngày)

4.2.2 Dây chuyền sản xuất chung

100

Lượng hao hụt :

5,0 141414,21 707,07 (kg/ngày)

100 141414,21 142124,83 (kg/ngày)

Lượng hao hụt :

=100

5,0 141414,21 710,62 (kg/ngày)

4.2.2.3 Đưa canh trường vào khay

Tỉ lệ hao hụt 0,5 %

Lượng canh trường nấm mốc trước khi đưa vào khay :

=

−0,5100

100

Lượng hao hụt :

=100

5,0 142839,03 714,2 (kg/ngày)

100 142839,03 142982,01 (kg/ngày)

Lượng hao hụt :

=100

1,0

100 142982,01 143125,14 (kg/ngày)

Lượng hao hụt :

=100

1,0 144135,09 143,13 (kg/ngày)

100

Lượng hao hụt :

=100

5,0 144570,84 719,22 (kg/ngày)

4.2.2.7 Phối trộn

Tỉ lệ hao hụt 2 % Lượng nguyên liệu trước công đoạn này:

=

−2100

100

Lượng hao hụt :

=100

2 146779,96 2950,43 (kg/ngày)

4.2.2.8 Lượng canh trường sản xuất trong 1 mẻ

Độ ẩm ban đầu của nguyên liệu trước khi phối trộn

NH4NO3 0,15

KH2PO4 0,2Lượng nguyên liệu là:

)60100(65

)60100(15

)60100(6,19

)60100(05,0

)60100(2,0

)60100(15,0

10044375,34 44823,57 (kg/ngày)

Lượng hao hụt :

=100

144823,57 450,5 (kg/ngày)

4.2.4 Dây chuyền sản xuất bột ngô

10010204,46 10343,90 (kg/ngày)

Lượng hao hụt :

110343,90 103,44 (kg/ngày)

100

Lượng hao hụt :

=100

20555

10012113,21 12360,42 (kg/ngày)

Lượng hao hụt :

=100

212360,42 247,21 (kg/ngày)

4.2.6 Khoáng chất

Lượng MgSO4 trước khi định lượng : 29,36 (kg/ngày)

Lượng NH4NO3 trước khi định lượng: 88,07 (kg/ngày)

Lượng KH2PO4 trước khi định lượng : 117,42 (kg/ngày)

Tỉ lệ hao hụt 0,05%

* Lượng hao hụt :

−0,05100

100

−0,05100

100

−0,05100

100

4.2.7.Dây chuyền sản xuất enzyme kỹ thuật

Dây chuyền enzyme kỹ thuật sử dụng 60% lượng canh trường enzyme saukhi nuôi cấy

Lượng chế phẩm thô đưa vào dây chuyền là :

=100

60147521,27 84424,28 (kg/ngày)

210084424,28 82735,80 (kg/ngày)

Lượng hao hụt là :

=100

282735,80 1654,72 (kg/ngày)

60100

Khối lượng chất khô được trích ly :

=100

733094,32 2316,60 (kg/ngày)

- Tỉ lệ hao hụt 2% Lượng chất khô sau khi trích ly :

=

−100

21002316,60 2270,27 (kg/ngày)

Lượng chất khô hao hụt :

=100

22270,27 45,41 (kg/ngày)

Thể tích dịch enzyme :

=1010002270,27 227027,03 (kg/ngày)

4.2.7.3 Cô đặc

Nồng độ chất khô được cô đặc : 25 (g/l)

Nồng độ chất khô sau khi thêm chất bảo quản : 40 (g/l)

Tỉ lệ hao hụt 2%

Lượng chất khô sau khi cô đặc :

=

−100

21002270,27 2224,86 (kg/ngày)

Lượng chất khô hao hụt :

=100

22224,86 44,5 (kg/ngày)

Thể tích dịch enzyme sau cô đặc là :

=25

10002224,86 88994,6 (l /ngày)

Xem nồng độ chất bảo quản không làm thay đổi thể tích dung dịch

Thêm chất bảo quản để đạt nồng độ 40 g/l Lượng chất bảo quản là :

21003559,78 3488,59 (kg/ngày)

Lượng hao hụt :

=100

23488,59 77,52(kg/ngày)

Sau khi sấy độ ẩm là 10% Lượng enzyme kỹ thuật thu được sau khi sấy :

103488,59(

1,01003876,21 3872,33 (kg/ngày)

Lượng hao hụt :

=100

1,03872,33 3,87 (kg/ngày)

4.3 Lượng nước cần dùng cho cả dây chuyền

4.3.1 Lượng nước cần cho phối trộn

%100m

mW

vl

n ×+

=

n

Trong đó :

W : Độ ẩm tính theo khối lượng vật liệu ướt

mn : Khối lượng ẩm trong nguyên liệu

mvl : Khối lượng vật liệu khô tuyệt đối

Độ ẩm ban đầu của nguyên liệu là :

100

1410240,46 1433,66 (kg/ngày)

100

512113,21 605,66 (kg/ngày)Vậy lượng nước có trong nguyên liệu ban đầu là :

m = 6212,55 + 1433,66+605,66 = 8251,87 (kg/ngày)

Độ ẩm sau khi phối trộn là 60%

Từ (1) tổng lượng ẩm là :

=

100

60146779,96

D : khối lượng riêng (kg/ngày)

n

4.3.2 Lượng nước dùng trong trích ly:

Khối lượng chế phẩm sau khi trộn thêm nước :

−

−90100

6010082735,80 330943,19 (kg/ngày)

Lượng nước cần dùng trong trích ly :

n

V 248,70 (m3/ngày) = 24870 (l/ngày)

Vậy lượng nước cần dùng trong ngày = 24870 (l/ngày)

Vậy tổng lượng nước dùng trong phối trộn và trích ly là :

Công đoạn Lượng hao hụt

(kg/ngày)

Năng suất (kg/ngày)

Bảng 4.5 Nhu cầu nguyên liệu dùng trong ngày

STT Nguyên liệu Lượng nguyên liêu Đơn vị

CHƯƠNG V TÍNH VÀ CHỌN THIẾT BỊ

Chọn thiết bị phải phù hợp với điều kiện sản xuất phù hợp với chi phí đầu

tư nhà máy nói chung và phân xưởng nhà máy nói riêng là một việc làm hết sứcquan trọng

Số lượng thiết bị được tính theo công thức :

n = Năng suất thiết kế / Năng suất thiết bị

5.1 Thiết bị nghiền [4,tr73]

Chọn máy nghiền búa vời các đặc tính kĩ thuật như sau:

Năng suất thiết kế

Gia công bột ngô : 10240,46 (kg/ngày)

Trong dây chuyền enzyme kỹ thuật : 82735,80 (kg/ngày)

Trong dây chuyền enzyme thô : 24514,31 (kg/ngày)

10240,46

×

Trong dây chuyền enzyme kỹ thuật : nezymekỹthuật

24700

82735,80

×

Trong dây chuyền enzyme thô : nenzyme thô

24700

24514,31

×

Vậy chọn 6 máy nghiền

Trong dây chuyền enzyme kỹ thuật : 5 máy

Trong dây chuyền enzyme thô : 2 máy

Hình 5.1: Máy nghiền búa

1-Vỏ; 2-Ổ bi; 3-Động cơ điện cho bộ phận nạp liệu; 4-Bộ

10343,9

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

Năng suất thiết kế là : 146779,96 (Kg/ngày)

Trong tường thiết bị : 30 MPa.

Năng suất thiết bị : 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)

Số thiết bị cần dùng : n = 5

241200

• Đặc tính kỹ thuật của thiết bị thanh trùng dạng đứng cho mức 1:

Năng suất của thiết bị là : 240 -300 Kg/h

Áp suất dư trong thiết bị và trong áo hơi : 0,147 Mpa

Hình 5.3 Máy trộn [17]