Thiết kế nhà máy sản xuất enzyme cellulase từ bã thải nấm theo phương pháp bề mặt năng suất 20 tấnngày

MỞ ĐẦUEnzyme là chất xúc tác sinh học có hoạt lực cao, có phân tử lượng lớn từ 20.000 đến 1.000.000 dalton. Enzyme có thể hòa tan trong nước và dung dịch muối loãng và có mặt trong tất cả các cơ thể sinh vật sống.Enzyme là những chất không thể điều chế được bằng phương pháp tổng hợp hóa học. Người ta thường thu nhận chúng từ nguồn tế bào động vật, thực vật hoặc vi sinh vật. Với những ưu điểm vượt trội tốc độ sinh trưởng nhanh, hệ enzyme phong phú và có hoạt tính cao, môi trường nuôi cấy rẻ tiền, dễ kiếm, vi sinh vật đã trở thành nguồn nguyên liệu thu enzyme chủ yếu thu hút được nhiều quan tâm của các nhà nghiên cứu và sản xuất. Enzyme được ứng dụng rộng rãi và phổ biến trong ngành công nghiệp thực phẩm như công nghệ sản xuất bia, sữa, phomai, bánh nướng… Ngoài ra, enzyme còn đóng vai trò quan trọng trong các ngành công nghiệp khác như công nghiệp dệt, nhuộm, sản xuất giấy và bột giấy, trong công nghiệp thuộc da, bột giặt và các chất tẩy rửa, đặc biệt trong công nghiệp dược phẩm và y tế… Qua đó cho thấy enzyme đóng vai trò quan trọng trong cuộc sống hằng ngày của con người. Vì vậy, yêu cầu phát triển ngành công nghiệp enzyme là hết sức cần thiết. Mặt khác, hàng năm các hợp tác xã sản xuất nấm thải ra hàng ngàn tấn bã thải. Chính vì vậy cần có phương pháp xử lí để giảm thiểu độ ô nhiễm đồng thời tạo ra những sản phẩm có giá trị, nâng cao hiệu quả sử dụng nguyên liệu.Xuất phát từ thực tế đó, ý tưởng sử dụng bã thải nấm – thành phần chứa hàm lượng cellulose rất cao, làm môi trường nuôi cấy vi sinh vật để sản xuất cellulase có nhiều ưu điểm. Nó không chỉ góp phần tạo ra nguồn enzyme mang lại nhiều ứng dụng trong cuộc sống hằng ngày của con người mà còn góp phần giải quyết tình trạng ô nhiễm môi trường của các hợp tác xã trồng nấm.Với những lập luận trên, tôi tiến hành thực hiện đề tài: “Thiết kế nhà máy sản xuất enzyme cellulase từ bã thải nấm theo phương pháp bề mặt năng suất 20 tấnngày”.

MỞ ĐẦU

Enzyme là chất xúc tác sinh học có hoạt lực cao, có phân tử lượng lớn từ 20.000đến 1.000.000 dalton Enzyme có thể hòa tan trong nước và dung dịch muối loãng

và có mặt trong tất cả các cơ thể sinh vật sống

Enzyme là những chất không thể điều chế được bằng phương pháp tổng hợphóa học Người ta thường thu nhận chúng từ nguồn tế bào động vật, thực vật hoặc visinh vật Với những ưu điểm vượt trội - tốc độ sinh trưởng nhanh, hệ enzyme phongphú và có hoạt tính cao, môi trường nuôi cấy rẻ tiền, dễ kiếm, vi sinh vật đã trởthành nguồn nguyên liệu thu enzyme chủ yếu thu hút được nhiều quan tâm của cácnhà nghiên cứu và sản xuất

Enzyme được ứng dụng rộng rãi và phổ biến trong ngành công nghiệp thựcphẩm như công nghệ sản xuất bia, sữa, phomai, bánh nướng… Ngoài ra, enzymecòn đóng vai trò quan trọng trong các ngành công nghiệp khác như công nghiệp dệt,nhuộm, sản xuất giấy và bột giấy, trong công nghiệp thuộc da, bột giặt và các chấttẩy rửa, đặc biệt trong công nghiệp dược phẩm và y tế… Qua đó cho thấy enzymeđóng vai trò quan trọng trong cuộc sống hằng ngày của con người Vì vậy, yêu cầuphát triển ngành công nghiệp enzyme là hết sức cần thiết

Mặt khác, hàng năm các hợp tác xã sản xuất nấm thải ra hàng ngàn tấn bã thải.Chính vì vậy cần có phương pháp xử lí để giảm thiểu độ ô nhiễm đồng thời tạo ranhững sản phẩm có giá trị, nâng cao hiệu quả sử dụng nguyên liệu

Xuất phát từ thực tế đó, ý tưởng sử dụng bã thải nấm – thành phần chứa hàmlượng cellulose rất cao, làm môi trường nuôi cấy vi sinh vật để sản xuất cellulase cónhiều ưu điểm Nó không chỉ góp phần tạo ra nguồn enzyme mang lại nhiều ứngdụng trong cuộc sống hằng ngày của con người mà còn góp phần giải quyết tìnhtrạng ô nhiễm môi trường của các hợp tác xã trồng nấm

Với những lập luận trên, tôi tiến hành thực hiện đề tài: “Thiết kế nhà máy sản xuất enzyme cellulase từ bã thải nấm theo phương pháp bề mặt năng suất 20 tấn/ngày”.

Chương 1: LẬP LUẬN KINH TẾ - KỸ THUẬT

Enzyme – chất xúc tác sinh học có tính chất chọn lọc và đặc hiệu cao, đóng vai tròquan trọng trong các quá trình vận chuyển trao đổi chất trong sự sống của sinh 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 mầm hoặc một số loài vi sinh vật đặc biệt.Ngày nay, enzyme giữ một vai trò quan trọng trong các ngành công nghiệp khácnhau như: rượu, bia, nước giải khát lên men, các ngành chế biến thực phẩm khác Trong công nghiệp sản xuất rượu từ tinh bột, enzyme sản xuất từ nấm mốc đãthay thế hoàn toàn enzyme của đại mạch nảy mầm

1.1 Sự cần thiết phải đầu tư

Enzyme cellulase được sử dụng nhiều trong công nghiệp, chăn nuôi Nhưng

lượng enzyme chiết từ tự nhiên không đủ để sử dụng Hơn nữa sau khi thu hoạch nấm,các hợp tác xã, các hộ gia đình trồng nấm thải ra một lượng lớn bã thải nếu không được

xử lý sẽ làm ô nhiễm môi trường Vì vậy đầu tư cho xây dựng một nhà máy sản xuấtchế phẩm enzyme cellulase là cần thiết vì sẽ vừa cung cấp chế phẩm enzyme cho côngnghiệp, vừa xử lý được lượng chất thải của các trại nấm

1.2 Đặc điểm tự nhiên

Việc chọn thành phố Đà Nẵng làm địa điểm xây dựng nhà máy mang lại chochúng ta rất nhiều thuận lợi về mặt tự nhiên Đà Nẵng là thành phố lớn thứ 3 cảnước sau thành phố Hồ Chí Minh và Hà Nội với vị trí địa lý rất lý tưởng: phía Bắcgiáp tỉnh Thừa Thiên Huế, phía Nam và phía Tây là tỉnh Quảng Nam, còn PhíaĐông là biển Đông rộng lớn Đặc biệt với dòng sông này nối liền với Vịnh, đã làmcho Đà Nẵng trở thành cảng biển lớn nhất khu vực miền Trung

Đà Nẵng nằm trong vùng khí hậu nhiệt đới gió mùa điển hình, nhiệt độ cao và ítbiến động Khí hậu Đà Nẵng là nơi chuyển tiếp đan xen giữa khí hậu miền Bắc vàmiền Nam, với tính trội là khí hậu nhiệt đới điển hình ở phía Nam Mỗi năm có 2mùa rõ rệt: mùa mưa kéo dài từ tháng 8 đến tháng 12 và mùa khô từ tháng 1 đếntháng 7, thỉnh thoảng có những đợt rét mùa đông nhưng không đậm và không kéodài Nhiệt độ trung bình hàng năm khoảng 25,90C Độ ẩm không khí trung bình là83,4%; hướng gió chủ yếu là Đông - Nam

Với điều kiện tự nhiên, khí hậu như vậy việc xây dựng nhà máy sản xuấtenzyme cellulase là hoàn toàn có cơ sở (không ảnh hưởng đến cuộc sống dân cư tạiđây) Hơn thế nữa điều kiện đất đai, khí hậu của Đà nẵng thuận lợi cho việc trồngcác loại nấm: nấm bào ngư, nấm rơm, nấm Linh chi…

1.3 Nguồn cung cấp nguyên liệu

Lấy nguồn nguyên liệu chủ yếu từ các nguồn phế thải của hợp tác xã trồng nấm

An Hải Đông, các trại nấm khác trong thành phố Đà Nẵng, tỉnh Quảng Nam, Huế vàcác tỉnh miền Trung khác để có thể cung cấp đủ nguồn nguyên liệu cho phân xưởngsản xuất quanh năm

1.4 Hợp tác hoá

Nhà máy đặt trong khu công nghiệp nên việc hợp tác hóa, liên hợp hóa được

tiến hành chặt chẽ, do đó việc sử dụng những công trình điện, nước, giao thông,

cũng như việc nhập nguyện liệu và tiêu thụ sản phẩm… được tiến hành thuận lợicho nên giảm bớt được vốn đầu tư xây dựng, rút ngắn thời gian hoàn vốn, đồng thờitận dụng tuần hoàn các sản phẩm phụ tránh được ô nhiễm môi trường

1.5 Nguồn cung cấp điện

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

1.6 Nguồn cung cấp 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

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

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

Nước thải được chuyển vào hệ thống xử lý nước thải chung của nhà máy rồi sau

đó chuyển ra nguồn nước thải của thành phố

1.8 Năng suất của nhà máy

Nhà máy được thiết kế theo năng suất đủ cung cấp cho nhu cầu sử dụng enzymecủa các doanh nghiệp trong khu vực

- Năng suất enzyme được sản xuất ra trong ngày là 20 tấn/ngày

- Tỷ lệ chế phẩm cho dây chuyền sản xuất sản phẩm enzyme thô là 60%

- Tỷ lệ chế phẩm cho dây chuyền sản xuất sản phẩm enzyme kỹ thuật là 40%

Chương 2: TỔNG QUAN TÀI LIỆU 2.1 Tổng quan về enzyme cellulase [17]

- Định nghĩa: Enzyme Cellulase là một phức hệ enzyme có tác dụng thuỷ phâncellulose thông qua việc thuỷ phân liên kết 1,4-β-glucoside trong cellulose tạo ra sảnphẩm glucose cung cấp cho công nghiệp lên men Nguồn thu enzyme cellulase lớnnhất hiện nay là vi sinh vật

- Phân loại: Cellulase là enzyme đa cấu tử gồm endo-β-1,4-glucanase,exoglucanase, và β-glucosidase hoạt động phối hợp để thủy phân cellulose thànhglucose

+ Dạng 1: Endo-β-1,4-glucanase đựợc gọi là endoglucanase hoặc glucan-4-glucanohydrolase hay CMCase

1,4-β-D-+ Dạng 2 là exoglucanase, gồm 1,4-β-D-glucan-4-glucanohydrolase (giống nhưcello dextrinase) và 1,4-β-D-glucan cellobiohydrolase (cellobiohydrolase)

+ Dạng 3 là β-glucosidase hoặc β-glucoside glucohydrolase Enzyme Cx có hailoại: exo β – 1,4-glucanase và endo β-1,4-glucanase Enzyme Cellulase có khả năngphân giải (thủy phân) sợi cellulose tự nhiên, có tính đặc hiệu không rõ ràng

Endoglucanase thủy phân ngẫu nhiên bên trong phân tử cellulose tạo ra các loạioligosaccharide có chiều dài khác nhau Exoglucanase thủy phân các liên kết ở đầukhử và đầu không khử của chuỗi cellulose để giải phóng ra glucose(glucanohydrolase) hoặc cellobiose (cellobiohydrolase)

2.1.1 Cơ chế thuỷ phân cellulose của enzyme cellulase

• Endocellulase: xúc tác quá trình cắt liên kết α-1,4- glucoside trong cellulose,lignin và α-Dglucan một cách ngẫu nhiên Sản phẩm của quá trình phân giải là cáccellulose phân tử nhỏ, cellobiose và glucose

• Exocellulase: cắt 2 hoặc 4 đơn vị glucose từ đầu không khử của chuỗicellulose tạo thành các cellobiose (disaccharide) và một số cellotetrose

• Cellobiase: tham gia phân giải cellobiose (disaccharide) và cellotetrose thànhglucose

Hình 2.1 Cơ chế thuỷ phân cellulose của enzyme cellulase

2.1.2 Ứng dụng của enzyme cellulase

2.1.2.1 Cellulase với công nghiệp thực phẩm

Cellulase là thành phần cơ bản của tế bào thực vật, vì vậy nó có mặt trong mọiloại rau quả cũng như trong các nguyên liệu, phế liệu của các ngành trồng trọt và lâmnghiệp Nhưng người và động vật không có khả năng phân giải cellulose Nó chỉ cógiá trị làm tăng tiêu hóa, nhưng với lượng lớn nó trở nên vô ích hay cản trở tiêu hóa.Chế phẩm cellulase thường dùng để:

+ Tăng chất lượng thực phẩm và thức ăn gia súc

+ Tăng hiệu suất trích ly các chất từ nguyên liệu thực vật

Ứng dụng trước tiên của cellulase đối với chế biến thực phẩm là dùng nó đểtăng độ hấp thu, nâng cao phẩm chất về vị và làm mềm nhiều loại thực phẩm thựcvật Đặc biệt là đối với thức ăn cho trẻ con và nói chung chất lượng thực phẩm đượctăng lên.

+ Một số nước đã dùng cellulase để xử lý các loại rau quả như bắp cải, hành, cà rốt,khoai tây, táo và lương thực như gạo Người ta còn xử lý cả chè, các loại tảo biển…+ Trong sản xuất bia, dưới tác dụng của cellulase hay phức hệ citase trong đó cócellulase, thành tế bào của hạt đại mạch bị phá hủy tạo điều kiện tốt cho tác độngcủa protease và đường hóa

+ Trong sản xuất agar-agar, tác dụng của chế phẩm cellulase sẽ làm tăng chấtlượng agar-agar hơn so với phương pháp dùng acid để phá vỡ thành tế bào Đặc biệt

là việc sử dụng chế phẩm cellulase để tận thu các phế liệu thực vật đem thủy phân,dùng làm thức ăn gia súc và công nghệ lên men Những ứng dụng của cellulasetrong công nghiệp thực phẩm đã có kết quả rất tốt Tuy nhiên hạn chế lớn nhất là rấtkhó thu được chế phẩm có cellulase hoạt độ cao

2.1.2.2 Trong công nghiệp sản xuất giấy và bột giấy

Trong công nghiệp sản xuất bột giấy và giấy, bổ sung các loại enzyme trongkhâu nghiền bột, tẩy trắng có vai trò rất quan trọng Nguyên liệu ban đầu chứa hàmlượng cao các chất khó tan là lignin và một phần hemicellulose, nên trong quá trìnhnghiền để tách riêng các sợi gỗ thành bột mịn gặp nhiều khó khăn Trong công đoạnnghiền bột giấy, bổ sung endoglucanase sẽ làm thay đổi nhẹ cấu hình của sợicellulose, tăng khả năng nghiền và tiết kiệm khoảng 20% năng lượng cho quá trìnhnghiền cơ học Trước khi nghiền hóa học, gỗ được xử lý với endoglucanase và hỗnhợp các enzyme hemicellulase, pectinase sẽ làm tăng khả năng khuếch tán hóa chấtvào phía trong gỗ và hiệu quả khử lignin

2.1.2.3 Trong công nghiệp sản xuất thức ăn chăn nuôi

Trong chăn nuôi (với động vật ăn cỏ) nếu thức ăn có trộn thêm cellulose sẽ tăng

sự tiêu hóa hấp thụ thức ăn cho động vật - đặc biệt động vật còn non, do đó sẽ giảmchi phí thức ăn cho động vật và chúng sẽ tăng trọng nhanh hơn

2.1.2.4 Trong công nghiệp sản xuất dung môi hữu cơ

Trong giai đoạn đường hóa của quá trình sản xuất ethanol, amylase là thànhphần chính trong quá trình thủy phân tinh bột Tuy nhiên, bổ sung một số enzymephá hủy thành tế bào như cellulase, hemicellulase có vai trò quan trọng, giúp tănglượng đường tạo ra và đẩy nhanh tốc độ tiếp xúc của tinh bột với amylase, dẫn tớihiệu suất thu hồi rượu tăng lên 1,5%

2.1.2.5 Trong công nghệ xử lý rác thải và sản xuất phân bón vi sinh

Rác thải là nguồn chính gây nên ô nhiễm môi trường dẫn tới mất cân bằng sinhthái và phá hủy môi trường sống, đe dọa tới sức khỏe và cuộc sống con người Thànhphần hữu cơ chính trong rác thải là cellulose, nên việc sử dụng công nghệ vi sinh trong

xử lý rác thải cải thiện môi trường rất có hiệu quả Enzyme này có khả năng thủy phânchất thải chứa cellulose, chuyển hoá các hợp chất kiểu lignocellulose và cellulose trongrác thải tạo nên nguồn năng lượng thông qua các sản phẩm đường, ethanol, khí sinh họchay các các sản phẩm giàu năng lượng khác

2.1.3 Tình hình sản xuất enzyme cellulase ở Việt Nam và trên thế giới

2.1.3.1 Tình hình sản xuất enzyme cellulase ở Việt Nam [13]

Ở Việt Nam chưa có một chế phẩm enzyme cellulase nào được sản xuất chủđộng từ những nguồn nguyên liệu trong nước Việc sản xuất chỉ mới dừng lại ở việcnghiên cứu nên nhu cầu enzyme chủ yếu là nhập khẩu từ nước ngoài

Năm 1999, Nguyễn Đức Lượng và cộng sự đã nghiên cứu khả năng sinh tổng

hợp cellulase từ Astinomyces griseus.

Năm 1999, Lý Kim Bảng và cộng sự đã xây dựng quy trình công nghệ sản xuấtchế phẩm Micromix 3 để bổ sung vào bể ủ rác thải

Năm 2003, Hoàng Quốc Khánh và cộng sự đã nghiên cứu khả năng sinh tổng

hợp và đặc điểm cellulase từ chủng Aspergillus niger.

2.1.3.2 Tình hình sản xuất enzyme cellulase trên thế giới [11]

Ở Nhật Bản, theo Yamada (1977), có khoảng 48 tấn cellulase được sản xuất từ

Tr Viride và Asp Niger.

Ở Mỹ, phòng thí nghiệm của quân đội Mỹ và trường đại học Rusgers đầu tiên

sử dụng chủng T.viride hoang dại để sản xuất cellulase sau đó gây đột biến và chọnlọc được biến chủng QM 9414 có khả năng sinh tổng hợp cellulase cao

Ở Pháp, hãng Lyven sản xuất cellulase từ Tr Reesei và Asp Niger sử dụng

kiện hiếu khí: Acetobacter xilinum, Achromabacter, Bacilluus subtilis, Celvibrio fulvus, Cytophaga, Cellulomonas biazotea, Cellulomonas fini, Cellulomonas flavigena, Promyxobacterium, Psudomonas fluorescens var cellulose…

Trên bờ mặt các vật liệu chứa cellulose, niêm vi khuẩn phát triển trong dạng thểnhầy không có hình dạng xác định, lan rộng, vô màu, màu vàng, da cam, hoặc đỏ Tế bàocủa niêm vi khuẩn bám sát vào sợi cellulose và chỉ thuỷ phân chúng khi bám sát vàochúng, khuẩn lạc của niêm vi khuẩn được tạo thành trên các môi trường thạch.

Niêm vi khuẩn có thể sử dụng nguồn carbon không chỉ cellulose mà còn cả cácnguồn hydrat carbon khác như tinh bột chẳng hạn Tuy nhiên, các loài của giống

Cytophaga và Sporocytophaga ưa thích cellulose hơn cả Nitrat là nguồn nitrogen

tốt đối với niêm vi khuẩn Niêm vi khuẩn nhận được năng lượng khi oxy hoá các sảnphẩm của sự phân giải cellulose thành CO2 và H2O

2.2.3 Xạ khuẩn [3]

Xạ khuẩn là nhóm vi sinh vật có khả năng phân hủy các hợp chất hữu cơ caophân tử như cellulose, lignin…có trong bã thực vật để tạo thành các hợp chất trunggian, tổng hợp các chất mùn

Xạ khuẩn là một nhóm vi sinh vật đơn bào, chúng phân bố rộng rãi trong tựnhiên, thậm chí trên những cơ chất mà vi khuẩn và nấm mốc không phát triển được

Xạ khuẩn tham gia tích cực vào các quá trình chuyển hoá nhiều hợp chất hữu

cơ trong tự nhiên Chúng sinh sản ra chất kháng sinh từ acid amin tạo thành trongquá trình trao đổi chất của vi khuẩn quang hợp và các chất hữu cơ Các chất khángsinh này tiêu diệt vi khuẩn và nấm gây hại Ngoài ra, xạ khuẩn còn có khả năng sinh

ra hàng loạt các hợp chất hữu cơ có giá trị như vitamin nhóm B, các acid hữu cơ, cácloại enzyme như cellulasse…

Khả năng phân giải cellulose của xạ khuẩn đã được nghiên cứu nhiều.Harmsen (1964) chia xạ khuẩn phân huỷ cellulose ra làm ba nhóm A, B và C Nhóm

B và C phân huỷ cellulose rất mạnh mẽ Theo khoá phân loại của Waksman (1961)

thì nhóm A thuộc loại nhóm albo-fravus và nhóm fradii-asteroides, và nhóm C gồm các loài thuộc nhóm albo-lateus, nhóm B thuộc các loài Act diastaticus, Act lipmanii Theo Krasilnikov (1949) thì các loài xạ khuẩn phân giải cellulose có thể

xếp hạng theo mức độ phân giải từ mạnh xuống yếu như sau:

+ Loài 1: Act coelicolor, Act sulfureus, Act aureus, Act cellulosae, Act verne, Act glaucus, Act candidus, Act diaslaticus, Act chroleucus, Act chromogenes + Loài 2: Act hydroscopicus, Act griseoflavus, Act ochroleucus, Act loidensis, Act viridans, Act griseolus.

+ Loài 3: Act themofuscus, Act xanthostromus.

+ Loài 4: Act flavochromogenes, Act bovis, Act sampsonii.

+ Penicillium notatum, Pen Variabite; Pen Pusillum….

+ Tricoderma koningi; Tr-lignorum Tr Viride.

+ Sporotrichum pruinosum

+Myro thecium verrucaris

+Chrysosporium lignorum…

2.2.5 Nấm mốc Aspergillus niger

2.2.5.1 Yêu cầu giống vi sinh vật trong công nghệ enzyme [8]

- Giống vi sinh vật phải có khả năng tổng hợp enzyme mà ta cần

- Giống vi sinh vật phải có khả năng thích ứng rất nhanh và phát triển mạnh

- Ngoài khả năng sinh tổng hợp enzyme mạnh, giống vi sinh vật ứng dụng trongsản suất enzyme phải có khả năng sinh sản phát triển mạnh

- Giống vi sinh vật phải là những giống dễ dàng tách được khỏi môi trường nuôicấy lỏng

2.2.5.2 Một số đặc điểm cơ bản của chủng Apergillus niger [11]

- Khuẩn lạc Aspergilus niger trên môi trường czapek yeast extract agar (CYA)

có dạng lông nhung, khi còn non có màu trắng khi già màu sẫm lại nhưng khônghoàn toàn đen

- Cuống sinh bào tử được sinh ra từ khuẩn ty khí sinh, có chiều dài 1 – 3 mm,

có vách tế bào trơn bóng và trong suốt Đỉnh cuống phình ra có dạng hình cầu đượcgọi là bọng, có đường kính từ 50 – 75 µm, sinh ra hai lớp thể bình; lớp thứ nhất hìnhtam giác cân ngược; lớp thứ hai hình chai, sinh ra bào tử đỉnh hình cầu, bào tử đỉnh

có đường kính 4 – 5 µm có màu đen, vách bào tử đính có dạng xù xì

- Đặc tính sinh lý: Asp Niger sinh trưởng ở nhiệt độ tối thiểu 6 – 80C, tối đa 45– 470 C, tối ưu 35 – 370C Asp Niger là nấm sợi chịu khô.

- Độc tố: Asp Niger được xem là nấm sợi không sinh độc tố và được sử dụng

rộng rãi trong chế biến thực phẩm

- Enzyme cellulase được tổng hợp bởi Asp Niger hoạt động tối ưu ở pH 5,5;

Những nguồn cellulose có thể là vỏ sắn, giấy lọc, bông, bột cellulose, lõi ngô, cám,

mùn cưa, bã củ cải, rơm, than bùn… Trichoderma lignorum và Tr.koningi nuôi trên môi

trường có nguồn cacbon là giấy lọc cho hoạt tính enzyme cao nhất Kết quả cũng tương

tự như vậy khi nuôi Myrothecium verrucaria trên môi trường có giấy lọc và lõi ngô, bã

củ cải

Chất cảm ứng của enzyme cellulase còn là cellobiosooctacetat, cám mì, lactose

salicyl Đối với Stachybotrit atra nguồn cacbon tốt nhất để sinh tổng hợp cellulase là

tinh bột (1%)

Các nguồn cacbon khác (glucose, cellobiose, acetat, citrat, oxalat, xuccinat, vànhững sản phẩm trung gian của vòng krebs) có tác dụng kiềm hãm sinh tổng hợpcellulase

2.2.6.2 Nguồn Nitơ

Các nguồn nitơ vô cơ thích hợp nhất đối với các sinh vật sinh cellulase là muối

nitrat Đối với các giống của bộ nấm bông (Hyphomycetates) nguồn nitơ tốt nhất lại

là (NH4)2HPO4 Nói chung các muối amon ít tác dụng nâng cao hoạt lực enzymenày, thậm chí còn ức chế quá trình tổng hợp, vì rằng môi trường trong các muối nàylàm cho môi trường acid hóa Điều này không những ức chế trong quá trình sinhtổng hợp enzyme mà còn có thể làm mất hoạt tính enzyme sau khi tạo thành

Natri nitrat làm cho môi trường kiềm hóa, tạo điều kiện thuận lợi cho sự tạothành cellulase Các hợp chất nitơ hữu cơ có tác dụng khác nhau đến sinh tổng hợpcellulase Điều này phụ thuộc vào điều kiện sinh lý của từng chủng giống Cao ngô

và cao nấm men có tác dụng nâng cao hoạt lực cellulase của vi sinh vật, nhưng vớicao ngô khả năng sinh tổng hợp C1 – và C2 – cellulase cao hơn so với cao nấm men

2.2.6.3 Nguồn khoáng chất

Những nguyên tố khoáng (Fe, Mn, Zn, B, Mo, Cu,…) có ảnh hưởng rõ rệt đếnkhả năng tổng hợp cellulase của vi sinh vật Zn, Mn, Fe có tác dụng kích thích tạothành enzyme này ở nhiều chủng Nồng độ tối thích của Zn là 0,11 – 22 mg/l, sắt 2 –

10 mg/l, Mn: 3,4 – 27,2 mg/l

2.2.6.4 Chất kích thích sinh trưởng

Biotin và tiamin trong môi trường dinh dưỡng không có ảnh hưởng đến sinhtổng hợp enzyme này

2.2.7 Môi trường sinh tổng hợp enzyme

Môi trường nuôi nấm mốc để sinh tổng hợp enzyme cellulase bằng phương pháp bề

mặt với nguyên liệu chủ yếu là bã thải nấm, các chất khoáng cần thiết và một số chất khác

Ngoài ra trong môi trường còn sử dụng trấu để tăng độ xốp của môi trường

Tỷ lệ thành phần môi trường tính theo lượng chất khô tuyệt đối như sau:

2.2.8 Phương pháp nuôi cấy bề mặt [9]

Nuôi cấy nấm mốc và một số vi khuẩn theo phương pháp bề mặt để sản xuấtenzyme thường dùng môi trường rắn, đôi khi dùng môi trường lỏng

Môi trường rắn thường là các nguyên liệu tự nhiên: cám mì, cám gạo, ngômảnh, bột đậu tương,… Môi trường lỏng thường là các dịch rỉ đường, dịch thủyphân từ thóc mầm, nước bã rượu… có thêm muối khoáng Môi trường lỏng ít dùng

để nuôi cấy nấm mốc theo phương pháp này

- Ưu điểm của phương pháp này:

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

+ Lượng enzyme được tạo thành từ nuôi cấy bề mặt thường cao hơn rất nhiều

so với nuôi cấy chìm

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

+ Nuôi cấy 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

- Tuy nhiên phương pháp này có những nhược điểm:

+ Chỉ có thể nuôi cấy gián đoạn

+ Tốn nhiều diện tích cho quá trình nuôi cấy

2.2.9 Một số lưu ý trong sinh tổng hợp enzyme cellulase

- Nhiều nhà nghiên cứu cho biết cellulose là nguồn cơ chất thích hợp nhất đốivới sự tổng hợp cellulase Rõ ràng đây là sự tổng hợp mang tính chất cảm ứng mà

cellulose là “chất cảm ứng” Do đó nồng độ của nó trong môi trường nuôi sẽ có ảnhhưởng lớn đến năng suất của quá trình nuôi cấy

- Một số chất có tác dụng ức chế sinh tổng hợp cellulase như glucose, succinat,citrat, các sản phẩm trung gian của chu trình kreb…

- Cao nấm men, cao bắp, pepton có thể là chất tăng sinh tổng hợp cellulase ở một sốchủng vi sinh vật Một số acid amin như: aspartic, valin…tăng cường tổng hợp cellulase

- Nguyên tố vi lượng cần thiết cho sự tổng hợp cellulase như: Fe, Mn, Zn, Co,

….pH thích hợp cho tổng hợp cho đa số nấm tích tụ cellulase là 4,6 Nhiệt độ thíchhợp cho tổng hợp cellulase là 2830oC Đa số cellulose chịu nhiệt độ cao, enzymechịu được 90  1000C trong vài phút như cellulose của Tricoderma viride, khi nâng

lên 1000C/5 phút hoạt tính vẫn giữ được 96%

2.3 Tổng quan về bã thải nấm

2.3.1 Đặc điểm của bã thải nấm [10]

2.3.1.1 Hàm lượng cellulose

Thành phần cellulose của bã thải rơm sau trồng nấm là 27,25% ± 0,25 và bã

thải mùn cưa sau trồng nấm là 49,00% ± 0,5 Hàm lượng cellulose có trong rơm khá

cao với hàm lượng khoảng từ 52 – 54%, sau khi trồng nấm thì hàm lượng cellulose

đã giảm đi khoảng một nữa, hàm lượng cellulose còn lại khoảng từ 27 – 27,5% nhưvậy qua quá trình trồng nấm lượng cellulose có trong nguyên liệu ban đầu đã bịphân giải một phần khá lớn trong quá trình trồng nấm

2.3.1.2 Hàm lượng lignin

Hàm lượng lignin trong rơm trước khi trồng nấm khá lớn với chiếm khoảng38,4% khối lượng nguyên liệu Lignin vốn là một thành phần khó phân hủy thườnggây ảnh hưởng đến sự phát triển của vi sinh vật Sau khi trồng nấm hàm lượng lignin

đã giảm xuống còn khoảng 9,59% Sự giảm đi của lignin giúp cho việc sử dụng bãthải rơm sau trồng nấm để ủ với vi sinh vật sản xuất enzyme

2.3.1.3 Hàm lượng nitrat

Bảng 2.1: Kết quả định lượng Nitrat

từ Rơm

X  

Mùn cưa trướckhi trồng nấm

X  

Bã thải trồng nấm

từ Mùn cưa

X  Hàm lượng Nitrat

Hàm lượng Nitrat có trong bã sau trồng nấm cao hơn so với nguyên liệu trướckhi trồng nấm Hàm lượng Nitrat trong rơm và bã thải trồng nấm từ rơm cao hơn sovới trong mùn cưa và bã thải trồng nấm từ mùn cưa

2.3.1.4 Hàm lượng đạm hòa tan

Bảng 2.2: Kết quả định lượng đạm hòa tan

Nguyên liệu

Thành Phần

Rơm trước khi trồng nấm

X  

Bã thải trồngnấm từ Rơm

X  

Bã thải trông nấm

từ Mùn cưa

X  Hàm lượng đạm hòa tan

Hàm lượng đạm hòa tan có trong nguyên liệu trước khi trồng nấm khá cao, saukhi trồng nấm lượng đạm hòa tan đã có giảm đi một phần nhỏ Nhìn từ kết quả,lượng đạm hòa tan có trong bã thải trồng nấm từ rơm cao hơn so với trong bã thảitrồng nấm từ mùn cưa

kể cả con người Do đó, việc đốt bỏ hoặc thải bỏ dưới dạng rác đều là lãng phí Một

số trường hợp lên men hiếu khí hoặc kỵ khí để tạo ra sản phẩm cuối là chất mùn bónlại cho đất, nhưng quá trình này thường cần thời gian dài và làm mất đi một lượng

lớn năng lượng dưới dạng nhiệt năng Nghiêm trọng hơn là các khí thải, nước thải,mầm bệnh… còn làm ô nhiễm môi trường xung quanh

Từ những hạn chế trên, thì việc tận dụng các phế liệu này sản xuất chế phẩmenzyme cellulase là nhằm hợp lý hoá nguồn nguyên liệu và giải quyết tình trạng ônhiễm môi trường do các chất thải nông nghiệp gây ra Giải pháp này còn được gọi

là giải pháp sinh học nhằm biến đổi phế liệu nông lâm nghiệp thành sản phẩm chấtlượng cao

Chương 3: 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 bề sâu

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

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

- Lượng enzyme được tạo thành từ nuôi cấy bề mặt thường cao hơn rất nhiều sovới nuôi cấy chìm

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

- Nuôi cấy 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

- Trong kĩ thuật nuôi cấy bề mặt có hai loại môi trường nuôi cấy, đó là môi trườngbán rắn và môi trường lỏng Ở môi trường lỏng thì vi sinh vật sẽ phát triển trên bề mặtdung dịch lỏng nơi phân cắt giữa pha lỏng và pha khí Khi đó các tế bào vi sinh vật sẽ tạothành những ván 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 trongdịch nuôi cấy cũng rất đơn giản Tuy nhiên phương pháp nuôi cấy này tỏ ra không hiệuquả vì hoạt lực của enzyme thu nhận được của phương pháp này không cao bằng nuôi

40%

cấy trên môi trường bán rắn Một mặt phương pháp này vi sinh vật phát triển chủ yếu trên

bề mặt nên hệ sử dụng môi trường nuôi cấy không cao Vì vậy phương pháp này ít đượcdùng

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

Bã thải nấm

Trấu

Phối trộnW:60%

Thanh trùng

1400C

Chủng Aspergillus niger

Nhân giống sản xuất Làm nguội33 - 340C

Thanh trùngkhayPhân phối vào khay nuôi

Nuôi cấy 28 – 320C, 3 – 5 ngày, w = 60%

Thu nhận chế phẩm (W: 60%) enzyme

Đậu tương, cám gạo

Nghiền, định lượng

Nước

Phân loại, làm sạch

Định lượngNghiền, định lượng

Làm sạch, địnhlượng

Khoáng chất

Nghiền (W: 60%)Sấy băng tải

3.2 Thuyết minh dây chuyền công nghệ

+ Cách tiến hành: Phân loại và làm sạch bằng thiết bị phân loại mảnh có kíchthước khác nhau

3.2.1.2 Nguyên liệu trấu

- Mục đích: Bổ sung trấu với mục đích tạo độ tơi xốp và tránh nguyên liệu bị kết dính

- Cách tiến hành: Trấu từ kho chứa được đưa đi làm sạch, sau đó được gàu tảichuyển lên bunke định lượng, và từ bunke xả xuống thiết bị trộn

3.2.1.3 Nguyên liệu đậu tương

Nghiền

Sản phẩmthô

Bao gói

Bao gói

Nước

- Mục đích: Bổ sung nguồn cacbon tạo điều kiện cho mốc phát triển tốt và tạo

ra hàm lượng enzyme cao

- Cách tiến hành: Cám gạo từ kho chứa được nghiền đạt kích thước cần thiếtsau đó được định lượng vào thiết bị phối trộn

3.2.2 Phối trộn

- Mục đích: Tạo điều kiện thuận lợi cho quá trình lên men sau này

- Cách tiến hành: Hỗn hợp bột bã thải, trấu, đậu tương, nước, muối khoáng và cácchất dinh dưỡng cần thiết khác được định lượng và trộn đều theo tỉ lệ đã tính toán.Nước làm ẩm, phục vụ trực tiếp cho thanh trùng, đảm bảo chế độ làm ẩm choquá trình nuôi cấy, độ ẩm tối ưu là 58% ÷ 60%

3.2.3 Thanh trùng

- Mục đích: Làm cho môi trường được tinh khiết về phương diện vi sinh vật

- Cách tiến hành: Thanh trùng bằng hơi nước nóng ở 1400C Thời gian giữnhiệt là 50 ÷ 60 phút

3.2.4 Làm nguội

- Mục đích: Làm nguội gần đến nhiệt độ nuôi cấy nhằm tạo điều kiện thích hợp

về mặt nhiệt độ cho vi sinh vật phát triển Đây cũng là giai đoạn kiểm tra và loại bỏnhững thành phần quá nhão hoặc khô so với yêu cầu

- Cách tiến hành:

+ Sau khi thanh trùng, môi trường được băng chuyền chuyển qua băng tải làmnguội đến nhiệt độ khoảng 330C ÷ 340C

+ Yêu cầu thời gian thực hiện quá trình này phải ngắn để tránh bị nhiễm vi sinh vật tạp.

3.2.5 Nhân giống sản xuất

Để phù hợp với môi trường được chọn ta chọn giống nuôi cấy là Aspergillus niger có khả năng sinh tổng hợp enzyme cellulase cao.

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

Thành phần môi trường thạch czapek:

Nhân giống trên máy lắc

Môi trường trong giai đoạn này cũng là môi trường trên mốc giống được nuôitrong bình tam giác 1 lít và được 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 cũng đượcthực hiện trên khay và được thực hiện trong phòng nhân giống

- Cách tiến hành:

Sau khi kết thúc quá trình gieo giống, canh trường nấm mốc được gàu tảichuyển lên bunke trung gian Từ bunke này canh trường qua cân định lượng và đượcđưa vào khay, khay chuyển vào phòng nuôi cấy được đặt trong phòng nuôi cấy vàtiến hành nuôi

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 mặt trảiqua các giai đoạn sau:

- Giai đoạn 1: Giai đoạn này thường kéo dài 10 ÷ 14 giờ kể từ thời gian bắt đầunuôi 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 300C 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 những thay 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 400C ÷ 450C

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

+ Các loại enzyme được hình thành, trong đó cellulase hình thành nhiều 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 290C ÷ 300C

Giai đoạn 3:

Giai đoạn này kéo dài 10 ÷ 20 giờ tiếp theo Ở giai đoạn này có những thay đổi cơ bản sau:

+ Quá trình trao đổi chất sẽ yếu dần, do đó quá trình giảm chất dinh dưỡng sẽ chậm lại.+ Nhiệt độ khối môi trường giảm, do đó làm giảm lượng không khí môi trườngxuống còn 20% ÷ 25% thể tích không khí trong 1 giờ Nhiệt độ nuôi cấy duy trì ở 300C.Cần dừng quá trình nuôi cấy và thu nhận enzyme trong giai đoạn này Vì tronggiai đoạn này bào tử được hình thành nhiều và làm giảm hoạt lực của enzyme

3.2.9 Sấy băng tải

- Mục đích: Sấy để làm giảm độ ẩm của chế phẩm nhờ đó có thể bảo quản và sửdụng trong thời gian dài

- Cách tiến hành: Chế phẩm enzyme từ canh trường được chuyển lên bunkeđịnh lượng bằng gàu tải sau đó được băng tải chuyển đến máy sấy Độ ẩm cần đạtđược sau khi quá trình sấy kết thúc nhỏ hơn 10% Quá trình sấy được thực hiện bởi tácnhân sấy là không khí có nhiệt độ là 400C

Canh trường nấm mốc sau khi sấy được gàu tải chuyển sang máy nghiền

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

3.2.12 Cô đặc

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

3.2.13 Sấy phun

- Mục đích: của giai đoạn này là tạo sản phẩm enzyme kỹ thuật dạng bột để tiệncho quá trình bảo quản và vận chuyển

- Cách thực hiện: Dịch enzyme sau khi cô đặc được đưa vào thiết bị sấy phunvới nhiệt độ đầu vào là 1200C và đầu ra là 600C.

3.2.14 Bao gói

Sau khi thu được chế phẩm enzyme dạng bột ta đem đi đóng gói bằng thiết bịbao gói tự động khối lượng của mỗi gói tùy thuộc vào nhu cầu khách hàng

Chương 4: TÍNH CÂN BẰNG VẬT CHẤT 4.1 Kế hoạch sản xuất của nhà máy

- Các ngày nghỉ trong năm:

+ Tết Dương Lịch nghỉ 1 ngày

+ Tết Âm Lịch nghỉ 3 ngày

+ Giỗ Tổ Hùng Vương 1 ngày

+ Ngày Chiến Thắng 30 - 4 nghỉ 1 ngày

+ Ngày Quốc Tết Lao Động nghỉ 1 ngày

+ Ngày Quốc Khánh nghỉ 1 ngày

+ Nghỉ ngày chủ nhật

Bảng 4.1: Kế hoạch sản xuất của phân xưởng sản xuất trong năm như sau

Như vậy sau khi trừ ngày lễ thì số ngày làm việc trong một năm của nhà máy là

305 ngày Trong đó số ngày ngừng sản xuất để bảo dưỡng và vệ sinh phân xưởng máy

móc thiết bị là 15 ngày Vậy trong một năm số ngày sản xuất thật sự của phân xưởng là

290 ngày

Nhà máy làm việc 3 ca/ngày Số liệu ban đầu

- Tỷ lệ chế phẩm cho dây chuyền sản xuất sản phẩm enzyme thô là 40%

- Tỷ lệ chế phẩm cho dây chuyền sản xuất sản phẩm enzyme kỹ thuật là 60%.Thành phần môi trường tính theo lượng chất khô tuyệt đối:

Bã thải nấm : 60% MgSO4 : 0,05%

Bột đậu tương : 20% KH2PO4 : 0,2%

Cám gạo : 9,6% NH4NO3 : 0,15%

Trấu : 10%

Bảng 4.2: Bảng tỉ lệ hao hụt qua các công đoạn

4.2.1 Dây chuyền sản xuất sản phẩm enzyme thô

Năng suất enzyme được sản xuất ra trong ngày là 20 tấn/ngày 20000kg/ngày

4.2.1.1 Bao gói (Tỉ lệ hao hụt 0,1%)

Lượng sản phẩm enzyme thô trước công đoạn này là:

1 , 0 100

1 , 0 20020,02   (kg/ngày)

4.2.1.2 Nghiền (Tỉ lệ hao hụt 2%)

Lượng canh trường nấm mốc trước công đoạn nghiền:

20428,592 2

100

100 20020,02 



Lượng canh trường nấm mốc hao hụt:

408,572 100

2 20428,592   (kg/ngày)

4.2.1.3 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:

) 2 100 ( ) 60 100 (

100 ) 10 100 ( 20428,592

938,048 100

2 46902,379   (kg/ngày)

Lượng sản phẩm enzyme thô chiếm 40% tổng lượng chế phẩm thu được nên:Lượng chế phẩm thu được từ lên men:

948 , 117255 40

100 46902,379

, 0 100

100 117255,948 



Lượng hao hụt:

226 , 589 100

5 , 0 117845,174   (kg/ngày)

4.2.2.2 Nuôi cấy (Tỉ lệ hao hụt 0,5%)

Lượng canh trường nấm mốc trước khi nuôi cấy:

361 , 118437 5

, 0 100

100 117845,174 



Lượng hao hụt là:

187 , 592 100

5 , 0 361 ,

118437   (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:

524 , 119032 5

, 0 100

100 118437,361 



Lượng hao hụt:

163 , 595 100

5 , 0 119032,524   (kg/ngày)

4.2.2.4 Gieo giống (Tỉ lệ hao hụt 0,1%)

Lượng môi trường trước khi gieo giống:

675 , 119151 1

, 0 100

100 119032,524 



Lượng hao hụt:

152 , 119 100

1 , 0 119151,675   (kg/ngày)

4.2.2.5 Làm nguội (Tỉ lệ hao hụt 0,8%)

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

576 , 120112 8

, 0 100

100 119151,675 



Lượng hao hụt:

901 , 960 100

8 , 0 120112,576   (kg/ngày)

4.2.2.6 Thanh trùng (Tỉ lệ hao hụt 1%)

Lượng môi trường nuôi cấy trước công đoạn này là:

834 , 121325 1

100

100 120112,576 



Lượng hao hụt:

1213,258 100

1 121325,834   (kg/ngày)

4.2.2.7 Phối trộn (Tỉ lệ hao hụt 2%)

Lượng nguyên liệu trước công đoạn này:

872 , 123801 2

100

100 121325.843 



Lượng hao hụt:

037 , 2476 100

2 123801,872   (kg/ngày)

4.2.2.8 Lượng nguyên liệu sản xuất trong một mẻ

Độ ẩm ban đầu của nguyên liệu trước khi phối trộn

Lượng nguyên liệu là:

) 15 100 ( 100

) 60 100 ( 60

) 60 100 ( 20

) 60 100 ( 6 , 9

) 60 100 ( 10

) 60 100 ( 05 , 0

) 60 100 ( 2 , 0

) 60 100 ( 15 , 0

4.2.3 Dây chuyền sản xuất bã thải nấm

4.2.3.1 Nghiền, định lượng (Tỉ lệ hao hụt 3%)

Lượng bã thải nấm trước công đoạn nghiền, định lượng:

36036,823 3

100

100 34955,823 



Lượng hao hụt:

1081,108 100

3 36036,823   (kg/ngày)

4.2.3.2 Phân loại, làm sạch (Tỉ lệ hao hụt 3%)

Lượng bã thải nấm trước công đoạn này:

37151,475 3

100

100 36036,930 



Lượng hao hụt :

1114,544 100

3 37151,475   (kg/ngày)

4.2.4 Dây chuyền sản xuất bột đậu tương (Tỉ lệ hao hụt 3%)

Lượng bột đậu tương trước công đoạn nghiền, định lượng:

12012,310 3

100

100 11651,941 



Lượng hao hụt:

360,369 100

3 12012,310   (kg/ngày)

4.2.5 Dây chuyền gia công cám gạo (Tỉ lệ hao hụt 2%)

Lượng cám gạo trước công đoạn này :

2 100

100 5282,213 



Lượng hao hụt:

800 , 107 100

2 013 ,

4.2.6 Dây chuyền gia công trấu (Tỉ lệ hao hụt 2%)

Lượng trấu trước công đoạn này :

2 100

100 5212,710 



Lượng hao hụt:

382 , 106 100

2 092 ,

100 760

05 , 0 773

049 , 0 100

05 , 0 091

05 , 0 381

,

4.2.8 Dây chuyền sản xuất enzyme kỹ thuật

Dây chuyền làm enzyme kỹ thuật sử dụng 60% lượng chế phẩm thô sau khi nuôi cấy.Lượng chế phẩm thô đưa vào dây chuyền này là:

70355,569 100

60 948 ,

117255   (kg/ngày)

4.2.8.1 Nghiền (Tỉ lệ hao hụt 2%)

Lượng chế phẩm sau công đoạn nghiền:

498 , 68946 100

2 100 70353,569    (kg/ngày)

Lượng hao hụt:

1378,930 100

2 68946,498   (kg/ngày)

4.2.8.2 Trích ly (Tỉ lệ hao hụt 2%)

Trước khi trích ly, độ ẩm chế phẩm đạt 60%

Lượng chất khô trước khi trích ly:

599 , 27578 100

) 60 100 ( 498 ,

Trích ly được 8% lượng chất khô với nồng độ là 10g/l

Khối lượng chất khô được trích ly:

2206,288 100

8 27578,599   (kg/ngày)

Lượng chất khô sau khi trích ly:

2162,162 100

2 100 2206,288    (kg/ngày)

Lượng chất khô hao hụt:

43,243 100

2 2162,162   (kg/ngày)

Thể tích dịch enzyme là:

216216,216 10

1000 2162,162

2 100 162 ,

Lượng chất khô hao hụt:

378 , 42 100

2 919 ,

Cô đặc đến nồng độ 25g/l

Thể tích dịch enzyme lúc này là:

84756,757 25

1000 2118,919





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

1271,351 2118,919

1000

84756,757 40







(kg/ngày)Dùng chất bảo quản là muối NaCl có nồng độ 50 g/l Lượng muối NaCl thực tếcần dùng:

027 , 25427 50

1271,351 1000





(lít/ngày)

4.2.8.4 Sấy phun (Tỉ lệ hao hụt 2%)

Lượng chất khô tuyệt đối trước khi sấy là:

270 , 3390 1000

84756,757 40





(kg/ngày)Lượng enzyme kỹ thuật thu được:

Sau khi sấy độ ẩm đạt 10%

628 , 3691 )

10 100 ( 100

100 ) 2 100 ( 270 ,

2 628 ,

4.2.8.5 Bao gói (Tỉ lệ hao hụt 0,1%)

Lượng sản phẩm sau công đoạn này:

936 , 3687 100

) 1 , 0 100 ( 628 ,

Lượng hao hụt:

688 , 3 100

1 , 0 936 ,

4.2.9 Lượng nước cần dùng cho cả dây chuyền

4.2.9.1 Lượng nước cần cho phối trộn

% 100 m

m W

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:

15 34955,823  



nbtn

1747,791 100

15 11651,941  



nđđ

221 , 528 100

10 5282,213  



ncg

260,636 100

5 5212,710  

221 , 528 1747,791

60 123801,872

Vậy lượng nước cần phối trộn là:

66501,102 7780,021

66501,152





n

4.2.9.2 Lượng nước dùng trong trích ly

Độ ẩm canh trường sau khi nghiền là 60%

Canh trường nấm mốc và nước được trộn bên trong thiết bị trích ly Giả sử độ

ẩm của canh trường sau khi đã trộn nước là 90%

Vậy khối lượng canh trường sau khi đã trộn thêm nước là:

990 , 275785 90

100

60 100 498 ,





Vậy lượng nước cần dùng cho trích ly là:

Vn = 66634 + 207254 = 273888 (lít/ngày)

4.2.10 Môi trường nhân giống

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

Khối lượng môi trường nhân giống:

168 , 11915 100

10 675 ,

119151   (kg/ngày)

4.3 Tổng kết

Trong dây chuyền sản xuất, ta sử dụng 40% tổng lượng canh trường nấm mốcsau khi nuôi cấy để sản xuất sản phẩm enzyme thô, 60% còn lại dùng để sản xuấtenzyme kỹ thuật

Bảng 4.3: Bảng tổng kết Công đoạn

Năng suất công đoạn

Dây chuyền gia công bã thải nấm

Dây chuyền sản xuất bột đậu tương

Dây chuyền gia công cám gạo

Dây chuyền gia công trấu

Dây chuyền sản xuất chế phẩm kỹ thuật

Bảng 4.4: Nhu cầu nguyên liệu dùng trong ngày

Năng suất thiết kế

Năng suất thiết bị

5.1 Máy phân loại bã thải nấm [Tr 77, 6]

Chọn máy phân loại có sàng lắc dạng mặt phẳng CЩ-120





n

Ta chọn 1 thiết bị với kích thước: 4700× 1730 × 2150 mm

Hình 5.1 Máy phân loại có sàng lắc dạng phẳng CЩ-120

1- Đế máy ; 2- Giá lắc phía sau; 3- Hộp; 4- Sàng trên; 5- Puli lớn; 6- Sàng dưới; Thanh truyền; 8,13- Cửa khoang; 9- Giá lắc phía trước; 10 - Máng; 11- Puli nhỏ; 12-

7-Động cơ điện; 14- Trục dẫn động; 15- Cam; 16- Đầu thanh truyền

5.2 Máy nghiền [Tr 73, 6]

Chọn máy nghiền búa với các đặc tính kỹ thuật như sau:

n =

Bề mặt trao đổi nhiệt : 0,3m2

Chọn máy nghiền:

- Máy nghiền để gia công bã thải nấm

Lượng bã thải nấm cần nghiền: 36036,823 kg/ngày

Số lượng thiết bị cần dùng: 1 , 877

19200

823 , 36036





n

Vậy chọn 2 máy nghiền với kích thước: 1178 × 1035 × 1066 mm

- Máy nghiền để gia công đậu tương:

Lượng đậu tương cần nghiền: 12012,310 kg/ngày

19200

310 , 12012





n

Vậy chọn 1 máy nghiền với kích thước: 1178 × 1035 × 1066 mm

- Máy nghiền để gia công cám gạo:

Lượng cám gạo cần nghiền: 5390,013 kg/ngày

19200

013 , 5390





Vậy chọn 1 máy nghiền với kích thước: 1178 x 1035 x 1066 mm

- Máy nghiền cho dây chuyền sản xuất enzyme thô:

Lượng chế phẩm cần nghiền: 20428,592 kg/ngày

19200

592 , 20428





n

Vậy chọn 2 máy nghiền với kích thước: 1178 × 1035 × 1066 mm

- Máy nghiền cho dây chuyền sản xuất enzyme kỹ thuật:

Lượng chế phẩm cần nghiền: 68946,498 kg/ngày

Vậy chọn 3 máy nghiền với kích thước: 1178 × 1035 × 1066 mm.Tổng cộng

chọn 9 máy nghiền với kích thước: 1178 ×

1035 × 1066 mm

1- Vỏ; 2- Ổ bi; 3- Động cơ điện cho bộ phận nạp liệu; 4- Bộ nạp liệu; 5- Nam châm;6- Búa; 7- Chêm; 8- Đĩa; 9- Trục; 10- Khớp nối; 11- Động cơ; 12- Sàng; 13- Bệmáy.

Hình 5.2 Máy nghiền búa

5.3 Thiết bị vận chuyển

5.3.1 Gàu tải [Tr 54, 6]

Để đơn giản ta chọn gàu tải có các thông số sau:

Dung tích của gàu : V = 0,9 lít

Chiều rộng tấm băng : B = 150 mm

Chiều rộng của gàu : b = 110 mm

Chiều cao miệng gàu: : h1 = 66 mm

Góc nghiêng của thành gàu :  = 40 Hình 5.3 Gàu tải

Góc lượn của đáy gàu : r = 35 mm

Năng suất của gàu tải tính theo công thức:

L

K v

V

6,3

[Tr 55, 6]

Trong đó:

V : Sức chứa của gàu (m3);

v : Tốc độ nguyên liệu chuyển dịch (m/s);

1000

QHg

N 

Trong đó:

g: Gia tốc rơi tự do, chọn g = 9,81 m/s2

, 0

9 , 0 69 , 0 3 , 0 9 , 0 6 ,



Hay 2414 (kg/h) hay 57946 (kg/ngày)

Công suất truyền động của gàu tải là:

281 , 0 8

, 0 1000

81 , 9 5 , 9 414 , 2

- Chọn gàu tải bã thải nấm lên máy phân loại:

Lượng bã thải nấm cần vận chuyển: 36036,823 kg/ngày

Vậy chọn 1 gàu tải bã thải nấm với kích thước: 500 × 750 × 9500 mm

- Chọn gàu tải bã thải nấm từ máy phân loại lên bunke:

Lượng bã thải nấm cần vận chuyển: 37151,475 kg/ngày

Vậy chọn 1 gàu tải bã thải nấm với kích thước: 500 × 750 × 9500 mm

5.3.1.2 Chọn gàu tải trấu lên bunke chứa trấu

Mật độ xếp của trấu là ρ = 300 kg/m3 = 0,3 tấn/m3

Kích thước là: 500 × 700 × 9500 mm

Vận tốc của bộ phận kéo là v = 0,3 m/s