thiết kế nhà máy sản xuất enzyme cellulase từ bã thải nấm theo phương pháp bề mặt với năng suất 21 tấnngày

MỞ ĐẦUEnzyme là chất xúc tác sinh học hoạt lực cao, phân tử lượng lớn từ 20.000 đến 1.000.000 dalton. Chúng có khả năng xúc tác đặc hiệu các phản ứng và đảm bảo phản ứng xảy ra theo chiều hướng nhất định với tốc độ nhịp nhàng trong cơ thể sống.Enzyme không chỉ có vai trò quan trọng trong quá trình sinh trưởng và phát triển trong cơ thể sinh vật mà còn được ứng dụng phổ biển trong các ngành công nghiệp thực phẩm và 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 có vai trò quan trọng trong cuộc sống hằng ngày của chúng ta. Cho đến nay, chế phẩm enzyme đã trở thành mặt hàng có tính thương mại toàn cầu. Nhưng ở Việt Nam công nghệ enzyme chưa phát triển và chưa có loại enzyme nào được sản xuất theo quy mô công nghiệp. Vì vậy, yêu cầu phát triển ngành công nghiệp enzyme là hết sức cần thiết. Mặt khác, lượng bã thải trồng nấm hàng năm thải ra ngoài môi trường với số lượng không ít và gây ra mùi hôi thối khó chịu, ô nhiễm môi trường cho cộng đồng dân cư số¬¬¬¬ng quanh khu vực. Bên cạnh đó, hàm lượng cellulose trong bã thải nấm chiếm rất cao. Đây là ưu điểm lớn nhất được chú ý đến sử dụng làm thành phần môi trường nuôi cấy vi sinh vật sản xuất enzyme cellulase. Như vậy, giải quyết được tình trạng ô nhiễm môi trường của các cơ sở sản xuất nấm trồng nói riêng và các cơ sở dệt may nói chung đang đòi hỏi cấp thiết.Xuất phát từ thực tế và lợi ích trên, chúng tôi chọn đề tài: “thiết kế nhà máy sản xuất enzyme cellulase từ bã thải nấm theo phương pháp bề mặt với năng suất 21 tấnngày”.

MỞ ĐẦU

Enzyme là chất xúc tác sinh học hoạt lực cao, phân tử lượng lớn từ 20.000 đến 1.000.000 dalton Chúng có khả năng xúc tác đặc hiệu các phản ứng và đảm bảo phản ứng xảy ra theo chiều hướng nhất định với tốc độ nhịp nhàng trong cơ thể sống

Enzyme không chỉ có vai trò quan trọng trong quá trình sinh trưởng và pháttriển trong cơ thể sinh vật mà còn được ứng dụng phổ biển trong các ngành côngnghiệp thực phẩm và 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 tẩyrửa, đặc biệt trong công nghiệp dược phẩm và y tế… Qua đó cho thấy enzyme cóvai trò quan trọng trong cuộc sống hằng ngày của chúng ta Cho đến nay, chếphẩm enzyme đã trở thành mặt hàng có tính thương mại toàn cầu Nhưng ở ViệtNam công nghệ enzyme chưa phát triển và chưa có loại enzyme nào được sảnxuất theo quy mô công nghiệp Vì vậy, yêu cầu phát triển ngành công nghiệpenzyme là hết sức cần thiết

Mặt khác, lượng bã thải trồng nấm hàng năm thải ra ngoài môi trường với

số lượng không ít và gây ra mùi hôi thối khó chịu, ô nhiễm môi trường cho cộngđồng dân cư sống quanh khu vực Bên cạnh đó, hàm lượng cellulose trong bã thảinấm chiếm rất cao Đây là ưu điểm lớn nhất được chú ý đến sử dụng làm thànhphần môi trường nuôi cấy vi sinh vật sản xuất enzyme cellulase Như vậy, giảiquyết được tình trạng ô nhiễm môi trường của các cơ sở sản xuất nấm trồng nóiriêng và các cơ sở dệt may nói chung đang đòi hỏi cấp thiết

Xuất phát từ thực tế và lợi ích trên, chúng tôi chọn đề tài: “thiết kế nhà

máy sản xuất enzyme cellulase từ bã thải nấm theo phương pháp bề mặt với năng suất 21 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, quantrọng 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 nầm hoặc một số loài vi sinh vật đặc biệt.Ngày nay, enzyme giữ một vai trò quan trọng ở 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

đã thay thế hoàn toàn enzyme của đại mạch nẩy mầm

1.1 Sự cần thiết phải đầu tư

Enzyme celluase được sử dụng nhiều trong các lĩnh vực công nghiệp, nôngnghiệp Nhưng lượng enzyme chiết từ tự nhiên không đủ để sử dụng và chi phíđầu vào tương đối cao Hơn nữa, hàng ngày các cơ sở sản xuất nấm ăn thải ramôi trường tự nhiên một lượng lớn bã thải nấm nếu không được xử lý sẽ làm ônhiễm môi trường và ảnh hưởng đến sức khỏe của người dân xung quanh Vìvậy, đầu tư cho xây dựng một nhà máy sản xuất chế phẩm enzyme cellulase làcần thiết vì sẽ vừa cung cấp chế phẩm enzyme cho công nghiệp, vừa xử lý đượclượng chất thải của các cơ sở sản xuất nấm ăn

1.2 Đặc điểm tự nhiên

Việc chọn thành phố Đà Nẵng làm địa diểm xây dựng nhà máy mang lạicho chúng ta rất nhiều thuận lợi về mặt tự nhiên và giao thông Đà Nẵng là thànhphố lớn thứ 3 cả nước sau thành phố Hồ Chí Minh và Hà Nội với vị trí địa lý rất

lý tưởng: phía Bắc giáp tỉnh Thừa Thiên Huế, phía Nam và phía Tây là tỉnhQuảng Nam, còn Phía Đông là biển Đông rộng lớn

Khí hậu Đà Nẵng 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 khoảng 280C,hướng gió chủ yếu là Đông – Nam Với điều kiện tự nhiên nêu trên việc xâydựng nhà máy sản xuất enzyme cellulase nói là hoàn toàn có cơ sở Hơn nữa, ĐàNẵng cũng là nơi có nhiều nông trại trồng nấm ăn phát triển…

1.3 Nguồn cung cấp nguyên liệu

Nguồn nguyên liệu là bã thải trồng nấm lấy từ một số cơ sở sản xuất điểnhình như: trại nấm ăn An Hải Đông ở Quận Sơn Trà – Thành Phố Đà Nẵng vàcác vùng nông thôn lân cận như: Quảng Nam, Quảng Ngãi…

Tiềm năng trong tương lai các cơ sở trồng nấm ăn sẽ được đẩy mạnh pháttriển ở các vùng quanh khu vực thành phố Đà nẵng

1.4 Hợp tác hoá

Nhà máy sản xuất enzyme được đặt ngay Quận Sơn Trà – Thành phố ĐàNẵng nên quá trình hợp tác hoá, liên hợp hóa 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

1.5 Nguồn cung cấp điện

Nguồn cung cấp điện cho nhà máy lấy từ mạng điện lưới quốc gia, nhờ trạmbiến áp 110KV có dòng điện tiêu thụ với điện áp 220/380V Để đề phòng mấtđiện nhà máy có thể lắp đặt thêm máy phát điện dự phòng

1.6 Nguồn cung cấp hơi

Hơi nước được dùng để tiệt trùng thiết bị, môi trường… sẽ do nhà máy tựcung cấp Do đó, cần có lò hơi riêng, áp suất của hơi dùng là 3 atm nhiên liệu chủyếu là dầu FO dùng đốt nóng lò hơi của nhà máy

Tác nhân làm lạnh là NH3, dầu bôi trơn… nhập từ bên ngoài

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

Nước là nhu cầu không thể thiếu trong quá trình sản xuất, nguồn nước cungcấp cho nhà máy được lấy từ công ty cấp nước Đà Nẵng Để chủ động nguồnnước nhà máy có thể tự xây dựng thêm các bể chứa nước

Toàn bộ nước thải của nhà máy có chỉ số COD, BOD thấp nên cần phải xử

lý đạt yêu cầu rồi sau đó chuyển ra nguồn nước thải của thành phố

1.8 Năng suất của phân xưởng

Năng suất enzyme thô đạt 21000 kg sản phẩm/năm

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

Tỷ lệ chế phẩm cho dây chuyền sản xuất enzyme kỹ thuật là 60%

1.9 Giao thông và nguồn lao động

Việc xuất, nhập nguyên vật liệu, trang thiết bị, bao bì, sản phẩm thì giaothông đóng vai trò hết sức quan trọng Những năm gần đây Thành Phố Đà Nẵngliên tục nâng cấp cơ sở hạ tầng, mạng lưới giao thông đô thị nên tạo điều kiện rấtthuận tiện

Nguồn lao động là những người am hiểu về vi sinh vật cũng như về enzymechủ yếu là kỹ sư tốt nghiệp nghành công nghệ sinh học từ các trường đại học vàcao đẳng

CHƯƠNG 2 GIỚI THIỆU VỀ ENZYME CELLULASE

VÀ NGUYÊN LIỆU 2.1 Tổng quan về enzyme cellulase [13]

2.1.1 Định nghĩa về emzyme cellulase

Enzyme Cellulase là một phức hệ enzyme có tác dụng thuỷ phân cellulosethông qua việc thuỷ phân liên kết 1,4-β-glucoside trong cellulose tạo ra sản phẩmglucose cung cấp cho công nghiệp lên men Nguồn thu enzyme cellulase lớn nhấthiện nay là vi sinh vật

2.1.2 Phân loại

Cellulase là hệ enzyme đa cấu tử gồm: endo-β-1- 4 glucanase, exoglucanase

và β- glucosidase Theo những hiểu biết hiện nay thì quá trình phân huỷ cellulosenhờ enzyme được thực hiện nhờ phức hệ cellulase, bao gồm các enzyme C1, Cx

và β-glucosidase

Enzyme C1 có tính chất không đặc hiệu Dưới tác dụng của C1, các loạicellulose bị hấp thụ nước, trương lên và chuẩn bị cho sự tác động của các enzymekhác Nếu tách riêng C1 cho hoạt động độc lập thì tác dụng này lại không thấy rõràng Vì vậy người ta cho rằng C1 chỉ là một yếu tố (factor), không phải làenzyme

Cx còn gọi là enzyme β-1,4 glucanase, thuỷ phân các cellulose ngậm nướcbởi C1 nói trên (polyanhydroglucoza hydrat hoá) thành cellulose Chữ x có nghĩa

là enzyme gồm nhiều thành phần khác nhau và người ta thường chia làm 2 loạichính là: exo-β-1,4 glucanase và endo-β-1,4 glucanase

+ Exo-β-1,4 glucanase xúc tác việc tách liên tiếp các đơn vị glucose từ đầukhông khử (non-reducing end) của chuỗi cellulose

+ Endo-β-1,4 glucanase phân cắt liên kết β-1,4 glucozit ở bất kỳ vị trí nàocủa chuỗi cellulose Enzyme này hoạt động tốt nhất ở pH = 5,5, và nhiệt độ 550C,bền ở 30 – 450C Hoạt tính cao ở pH =6 Các dung môi hữu cơ ít ảnh hưởng tớienzym này trừ n- butanol Các ion kim loại và EDTA nồng độ 4-14 n.M đều làmgiảm hoạt tính enzym

Các tác giả (Ogawa và Toyama, 1967) cho rằng còn có một enzyme trunggian là C2 (giữa C1 và Cx) Enzyme này trước hết tác động vào cellulose đã bị làm

trương nước bởi C1 rồi thuỷ phân thành các dextrin cellulose hoà tan Sau đó Cx

sẽ tiếp tục thuỷ phân các cellodextrin này thành cellobiose

- β-glucosidase là enzyme rất đặc hiệu, thuỷ phân cellulose thành cellohexose glucose) mã số enzyme này là: 3.2.1.21 EC

(D-2.1.3 Cơ chế thuỷ phân cellulose của enzyme cellulase

Hình 2.1 Cơ chế thuỷ phân cellulose của enzyme cellulase

Endocellulase: xúc tác quá trình cắt liên kết α-1,4- glucoside trongcellulose, lignin và α-Dglucan một cách ngẫu nhiên Sản phẩm của quá trìnhphân giải là các cellulose 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: hân giải cellobiose (disaccharide) và cellotetrose thành glucose

2.1.4 Ứng dụng của enzyme cellulase [16]

2.1.4.1 Enzyme cellulase với công nghiệp thực phẩm

Cellulase là thành phần cơ bản của tế bào thực vật, vì vậy nó có mặt trongmọi loại rau quả cũng như trong các nguyên liệu, phế liệu của các ngành trồng trọt

và lâm nghiệp Nhưng người và động vật không có khả năng phân giải cellulose

Nó chỉ có giá trị làm tăng tiêu hóa, nhưng với lượng lớn nó trở nên vô ích hay cảntrở 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 đầu 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 phẩmthực vật Đặc biệt là đối với thức ăn cho trẻ con và nói chung chất lượng thựcphẩm được tăng 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 loạitảo biển…

Trong sản xuất bia, dưới tác dụng của cellulase hay phức hệ citase trong đó

có cellulase, thành tế bào của hạt đại mạch bị phá hủy tạo điều kiện tốt cho tácđộng của 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 vở thành tế bào Đặtbiệt là việc sử dụng chế phẩm cellulase để tận thu các phế liệu thực vật đem thủyphân, dùng làm thức ăn gia súc và công nghệ lên men Những ứng dụng củacellulase trong công nghiệp thực phẩm đã có kết quả rất tốt Tuy nhiên hạn chếlớn nhất là rất khó thu được chế phẩm có cellulase hoạt độ cao

2.1.4.2 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 chứahàm lượng cao các chất khó tan như lignin và một phần hemicellulose, nên trongquá trình nghiền để tách riêng các sợi gỗ thành bột mịn gặp nhiều khó khăn.Trong công đoạn nghiền bột giấy, bổ sung endoglucanase sẽ làm thay đổi nhẹcấu hình của sợi cellulose, tăng khả năng nghiền và tiết kiệm khoảng 20% nănglượng cho quá trình nghiền cơ học Trước khi nghiền hóa học, gỗ được xử lý vớiendoglucanase và hỗn hợp các enzyme hemicellulase, pectinase sẽ làm tăng khảnăng khuếch tán hóa chất vào phía trong gỗ và hiệu quả khử lignin

Trong công nghệ tái chế giấy, các loại giấy thải cần được tẩy mực trước khisản xuất các loại giấy in, giấy viết Endoglucanase và hemicellulase đã đượcdùng để tẩy trắng mực in trên giấy

2.1.4.3 Trong công nghiệp sản xuất thức ăn chăn nuôi

Trong chăn nuôi (với động vật ăn cỏ) nếu thức ăn có trộn thêm cellulose sẽtăng sự tiêu hóa hấp thụ thức ăn cho động vật - đặc biệt động vật còn non, do đó

sẽ giảm chi phí thức ăn cho động vật và chúng sẽ tăng trọng nhanh hơn Việc ứngdụng phức hệ cellulase trong phân giải các nguồn thức ăn giàu cellulose nhưrơm, rạ, bã mía, bã khoai, bã sắn đã và đang được triển khai ở nhiều nước, trongmọi lĩnh vực như sản xuất protein đơn bào làm thức ăn cho gia súc Trong lĩnhvực này, nấm sợi thường được sử dụng lên men các nguồn phế thải giàu cellulosetạo ra sinh khối protein chứa hàm lượng các amino acid cân đối, các vitamin vàtạo hương thơm có lợi cho tiêu hóa của vật nuôi

2.1.4.4 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, dẫntới hiệu suất thu hồi rượu tăng lên 1,5%

2.1.4.5 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.Thành phần hữu cơ chính trong rác thải là cellulose, nên việc sử dụng công nghệ visinh trong xử lý rác thải cải thiện môi trường rất có hiệu quả Enzyme này có khảnăng thủy phân chất thải chứa cellulose, chuyển hoá các hợp chất kiểulignocellulose và cellulose trong rác thải tạo nên nguồn năng lượng thông qua cácsản phẩm đường, ethanol, khí sinh học hay các các sản phẩm giàu năng lượng khác.Ngoài việc bổ sung trực tiếp vi sinh vật vào bể ủ để xử lý rác thải thì việctạo ra các chế phẩm vi sinh có chứa các vi sinh vật sinh ra cellulase đã đượcnghiên cứu và sản xuất Phức hệ cellulase được sử dụng để xử lý nguồn nước thải

do các nhà máy giấy thải ra Nguyên liệu làm giấy là gỗ (sinh khối của thực vậtbậc cao) Sinh khối này chứa rất nhiều loại polysaccharide, trong đó cácpolysaccharide quan trọng quyết định tới chất lượng, số lượng giấy là cellulose

Vì vậy, nước thải của các nhà máy giấy, các cơ sở chế biến gỗ, các xưởng mộckhi bổ sung các chế phẩm chứa phức hệ cellulase đem lại hiệu quả cao

2.1.5 Tình hình sản xuất enzyme cellulase ở Việt Nam và trên thế giới [6] 2.1.5.1 Tình hình sản xuất enzyme cellulase ở Việt Nam

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 ởviệc nghiên 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 sảnxuất chế 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.

2.1.5.2 Tình hình sản xuất enzyme cellulase trên thế giới.

Enzyme cellulase kỹ thuật chủ yếu được thu nhận từ Tr reesei và Asp Niger và gần đây là từ các chủng vi khuẩn

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 chọn lọc 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

Một số loài vi khuẩn tiêu biểu có khả năng phân huỷ cellulose trong điều

kiện hiếu khí: Acetobacter xilinum, Bacilluus subtilis, Trichoderma…[3]

Ngoài ra, ở một số vi khuẩn có enzyme oxy hóa khử và enzyme phân hủyprotein cũng tham gia vào quá trình trên

2.2.2 Niêm vi khuẩn [3]

Niêm vi khuẩn phân huỷ cellulose chủ yếu được tìm thấy trong các giống

Cytophaga, Sporocytophaga và Soran-gium tồn tại trong các loại đất ít acid,

trung tính và ít kiềm

Trên bề mặt các vật liệu chứa cellulose, niêm vi khuẩn phát triển trong dạngthể nhầy không có hình dạng xác định, lan rộng, màu vàng, da cam, hoặc đỏ Tếbào của niêm vi khuẩn bám sát vào sợi cellulose và chỉ thuỷ phân khi bám sátvào chúng, khuẩn lạc của niêm vi khuẩn được tạo thành trên các môi trườngthạch

Niêm vi khuẩn có thể sử dụng nguồn carbon không chỉ cellulose mà còn cảcác nguồn 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 nhậnđược năng lượng khi oxy hoá các sản phẩm của sự phân giải cellulose thành CO2

và H2O

2.2.3 Xạ khuẩn [1]

Xạ khuẩn tham gia tích cực vào các quá trình chuyển hoá nhiều hợp chấthữu cơ trong tự nhiên Ngoài ra, chúng còn có khả năng sinh ra hàng loạt các hợpchất hữu cơ có giá trị như vitamin nhóm B, các acid hữu cơ, các loại enzyme nhưcellulase, các hợp chất kháng sinh tiêu diệt vi khuẩn và nấm gây hại…

Theo Waksman (1961) xạ khuẩn được chia thành ba nhóm

+ Nhóm A: thuộc loại nhóm albo-fravus và nhóm fradii-asteroides.

+ Nhóm B: thuộc các loài Act diastaticus, Act lipmanii

+ Nhóm C: gồm các loài thuộc nhóm albo-lateus.

Theo Krasilnikov (1949) thì các loài xạ khuẩn xếp hạng theo mức độ phângiải từ mạnh xuống yếu như sau

+ Loài 1: Act aureus, Act cellulosae, Act verne, Act glaucus, Act candidus, Act diaslaticus, Act chroleucus, Act Chromogenes

+ Loài 2: Act hydroscopicus, Act griseoflavus, Act loidensis, Act viridans, Act griseolus.

+ Loài 3: Act themofuscus, Act xanthostromus.

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

2.2.4 Nấm mốc

Đối tượng chủ yếu trong các nghiên cứu về cellulase hiện nay thường lànấm mốc Rất nhiều loài nấm đã tổng hợp cellulase có hoạt tính khá cao trong đóđáng kể là một số chủng loại sau

• Asp Flavus; Asp Niger; Asp Oryzae; Asp Terreus; Asp Amstelodamy.

• Chaetomium globosum; chae Fumicolum…

• Mucor pusillus

• Penicillium notatum; Pen Variabite; Pen Pusillum….

• Tricoderma koningi; Tr-lignorum; Tr Viride.

• Sporotrichum pruinosum

• Myro thecium verrucaris

• Chrysosporium lignorum…

 Một số đặc điểm của nấm Trichoderma viride [12]

Trichoderma là một loài nấm bất toàn, sinh sản vô tính bằng đính bào tử

khuẩn ty

Khuẩn ty của vi nấm không màu, cuống sinh bào tử phân nhánh nhiều, bào

tử có vách ngăn và thường có màu xanh dạng hình trứng, tròn, elip hoặc oval tùytheo từng loài

Khuẩn lạc nấm có màu trắng hoặc từ lục trắng đến lục vàng, vàng xanh, lục

xỉn đến lục đậm Các chủng Trichoderma có tốc độ phát triển nhanh đường kính

khuẩn lạc từ 2-9 cm sau 4 ngày nuôi cấy ở 300C

Có khả năng sử dụng nguồn hỗn hợp carbon và nitrogen thường ở dạngMonosaceharides và Disaccharides, cùng với hỗn hợp Polysaccgarides, puriness,pyrinidines… NH3 là nguồn đạm cần thiết cho sự sinh trưởng và phát triển trong

quá trình nuôi trồng Trichodema

Muối, các nguồn sulfur và các hỗn hợp như vitamin cũng có ảnh hưởng lớn

đến khả năng sinh trưởng của Trichoderma Ngược lại, muối sodium chloride

làm giảm sự sinh trưởng và phát triển của một số loài Do đó, trong môi trườngnuôi trồng không được có mặt của muối này

Phần lớn các loài Trichoderma dễ nảy mầm ở các môi trường tự nhiên và

nhân tạo dưới điều kiện tối sáng lẫn lộn và bào tử có thể xuất hiện trong điềukiện sáng

Là loại nấm chủ yếu kí sinh trong đất, các loại vi sinh vật khác và có khả năng Thiết lập quần thể tại rễ cấy, nảy mần trong đất

2.2.5 Thành phần môi trường nuôi cấy vi sinh vật phân giải cellulose [9] 2.2.5.1 Nguồn Cacbon

Chất cảm ứng là nguồn cacbon quan trọng nhất cho sự sinh tổng hợpcellulase như: bã thải trồng nấm, vỏ sắn, rơm rạ, giấy lọc, CMC…

Đối với Trichoderma lignorum và Trichoderma koningi nuôi trên môi

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

khi nuôi Myrothecium verrucaria trên môi trường có giấy lọc và lõi ngô…

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

là tinh bột (1%)

Trong môi trường với nồng độ glucose rất ít có tác dụng kích thích vi sinhvật phát triển tạo thành enzyme Glycerin chỉ có tác dụng kích thích vi sinh vậtsinh trưởng và phát triển, không cảm ứng tổng hợp enzyme

2.2.5.2 Nguồn Nitơ

Nguồn nitơ cung cấp cho sinh vật tổng hợp enzyme cellulase là nguồn nitơ

vô cơ và hữu cơ

Nguồn nitơ vô cơ: muối nitrat làm cho môi trường kiềm hóa tạo điều kiệnthuận lợi cho sự tạo thành cellulase Nhưng đối với các giống của bộ nấm bông

(Hyphomycetates) nguồn nitơ tốt nhất lại là (NH4)2HPO4 Nhìn chung, các muốiamon ít tác dụng nâng cao hoạt lực enzyme, thậm chí còn ức chế quá trình tổnghợp vì các muối này làm cho môi trường acid hóa Điều này không những ức chếtrong quá trình sinh tổng hợp enzyme cellulase mà còn có thể làm mất hoạt tínhenzyme sau khi tạo thành

Nguồn nitơ hữu cơ: dịch chiết cao ngô và cao nấm men có tác dụng nângcao hoạt lực cellulase của vi sinh vật, nhưng với cao ngô khả năng sinh tổng hợp

C1 – và C2 – cellulase cao hơn so với cao nấm men

2.2.5.3 Nguồn khoáng chất

Những nguyên tố khoáng (Fe, Mn, Zn, B, Mo, Cu…) có ảnh hưởng rõ rệtđến khả năng tổng hợp cellulase của vi sinh vật Zn, Mn, Fe có tác dụng kíchthích tạo thành enzyme này ở nhiều chủng

Nồng độ tối ưu của Zn 0,11–22 mg/l; sắt 2–10 mg/l; Mn 3,4–27,2 mg/l

2.2.5.4 Chất kích thích sinh trưởng

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

2.2.6 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 ítdùng để nuôi cấy nấm mốc theo phương pháp này

 Ưu điểm

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

 Nhược điểm

Chỉ có thể nuôi cấy gián đoạn

Tốn nhiều diện tích cho quá trình nuôi cấy

2.2.7 Một số lưu ý trong sinh tổng hợp enzyme cellulase

Có ý kiến cho rằng cellulose là nguồn cơ chất thích hợp nhất đối với quátrình sinh tổng hợp cellulase vì cellulose là “chất cảm ứng” Do đó, nồng độ củachúng trong môi trường sẽ ảnh hưởng lớn đến năng suất của quá trình nuôi cấy Cao nấm men, cao bắp, peptone có thể là chất tăng sinh tổng hợp cellulase

ở một số chủng vi sinh vật Ngược lại, một số chất ức chế quá trình sinh tổng hợpnhư: glucose, succcinat, citrate, các chất trung gian của chu trình kreb…

Ngoài ra, các nguyên tố vi lượng cũng cần thiết cho sự tổng hợp cellulasenhư: Fe, Mn, Zn, Co… pH thích hợp 4,6 nhiệt độ là 28300C Đa số cellulasechịu được nhiệt độ cao khoảng 90  1000C trong vài phút ví dụ như enzyme

cellulase của Tr Viride khi nâng lên 1000C/5 phút vẫn giữ được hoạt tính 96%

2.3 Tổng quan về bã thải nấm

2.3.1 Một số thành phần của bã thải trồng nấm [11]

Chủ yếu là bã thải trồng nấm sò và nấm rơm từ rơm rạ và mùn cưa

2.3.1.1 Cellulose

Hàm lượng cellulose có trong rơm trước khi trồng nấm khá cao khoảng từ

52 – 54%, nhưng sau khi trồng thì hàm lượng cellulose giảm đi khoảng một nữa

và còn lại từ 27 – 27,5% Vậy, qua quá trình trồng nấm lượng cellulose có trongnguyên liệu ban đầu đã bị phân giải một phần khá lớn cho thấy trong quá trìnhtrồng nấm rơm, hệ enzyme của nấm rơm đã phân giải phần lớn lượng cellulose

có trong nguyên liệu và hàm lượng cellulose còn lại trong mùn cưa sau khi trồngnấm xấp sỉ 50% tức là gần bằng hàm lượng cellulose có trong rơm trước khitrồng nấm Hàm lượng cellulose trong mùn cưa sau trồng nấm sò giảm đi khôngđáng kể cho thấy hệ enzyme của nấm sò phân giải cellulose không tốt bằng hệenzyme của nấm rơm

2.3.1.2 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 hủythường gây ảnh hưởng đến sự phát triển của vi sinh vật Sau khi trồng nấm hàmlượng lignin đã giảm xuống còn khoảng 9,59% Sự giảm đi của lignin giúp choviệc sử dụng bã thải rơm sau trồng nấm để ủ với vi sinh vật sản xuất enzyme

2.3.1.3 Nitrat

Hàm lượng nitrat có trong bã sau trồng nấm cao hơn so với nguyên liệutrước khi trồng nấm Hàm lượng nitrat trong rơm và bã thải trồng nấm từ rơm caohơn so với trong mùn cưa và bã thải trồng nấm từ mùn cưa

2.3.1.4 Đạm hòa tan

Hàm lượng đạm hòa tan có trong nguyên liệu trước khi trồng nấm khá cao.Nhưng sau khi trồng lượng đạm hòa tan đã có giảm đi một phần nhỏ Lượng đạmhòa tan có trong bã thải trồng nấm từ rơm cao hơn so với trong bã thải trồng nấm

từ mùn cưa

Từ những hạn chế trên, thì việc tận dụng các phế liệu này sản xuất phân bón vàchế phẩm enzyme cellulase là nhằm hợp lý hoá nguồn nguyên liệu và giải quyết tìnhtrạng ô nhiễm môi trường do các chất thải nông nghiệp gây ra Giải pháp này cònđược gọi là giải pháp nông sinh học nhằm biến đổi phế liệu nông lâm nghiệp thànhsản phẩm chất lượng cao

Như vậy, trong sản xuất nông nghiệp, việc tận thu một cách tối đa các kếtquả của trồng trọt, tạo ra nhiều sản phẩm khác nhau là vấn đề thời sự và cũng là

xu hướng chung của thế giới Vì thế, việc tận dụng phế liệu sau trồng nấm và làmphân bón để tận dụng các phế liệu nông nghiệp, là một trong những giải phápkhông thể thiếu được

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 chìm Ở đây ta chọn phươngpháp nuôi cấy bề mặt với các ưu điểm đã nêu trên.

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 ván phủ kín bề mặt dung dịch lỏng Enzyme sẽđược 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 Tuy nhiênphương pháp nuôi cấy này tỏ ra không hiệu quả vì hoạt lực của enzyme thu nhậnđược của phương pháp này không cao bằng nuôi cấy trên môi trường bán rắn.Một mặt phương pháp này vi sinh vật phát triển chủ yếu trên bề mặt nên hệ sửdụng môi trường nuôi cấy không cao Vì vậy phương pháp này ít được dùng

Vì vậy, chúng tôi quyết định chọn phương pháp nuôi cấy bề mặt trên môitrường bán rắn với dây chuyền công nghệ như sau

Bột ngô, cám gạo

Nghiền, định lượng

Nước

Khoáng chấtĐịnh lượng

Phân phối vào khay nuôi

Nuôi cấy 25 – 320C/3-5 ngày

Làm nguội25-320CCấy giốngThanh trùng

Thu nhận chế phẩm (W = 60%) enzyme

Bao gói

3.2 Thuyết minh dây chuyền công nghệ

Trong quá trình nghiền bã thải được phân loại theo kích cỡ

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

Loại 2: Kích thước quá lớn thì được chuyển lại vào máy nghiền để tiếp tụcnghiền

3.2.1.2 Nguyên liệu trấu

Mục đích: Tạo độ tơi xốp và tránh nguyên liệu bị kết dính

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 ngô, cám được nghiền và định lượng

Mục đích: Ngô được nghiền và bổ sung vào nguyên liệu nhằm tạo đủ điềukiện dinh dưỡng cho mốc phát triển tốt

Tiến hành: Ngô từ kho chứa được nghiền đạt kích thước cần thiết Sau 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

Tiến hành: Hỗn hợp bã thải nấm, cám gạo, cám ngô, nước, muối khoáng vàcác chất dinh duỡng cần thiết khác được định lượng và trộn đều theo tỉ lệ đã tínhtoán.

Nước làm ẩm, phục vụ trực tiếp cho thanh trùng, đảm bảo chế độ làm ẩmcho quá trình nuôi cấy, độ ẩm tối ưu là 58% ÷ 60%

Tiến hành: Sau khi thanh trùng, môi trường được băng chuyền chuyển quabăng tải làm nguội đến nhiệt độ khoảng 250C ÷ 320C

Yêu cầu thời gian thực hiện quá trình này phải ngắn để tránh bị nhiễm visinh vật tạp

3.2.5 Nhân giống sản xuất

Giống để sản xuất enzyme cellulaze trong đề tài này ta chọn chủng giống

Trichoderma.Viride đây cũng là một trong những chủng có khả năng tiết ra nhiều loại enzyme như exo và endoglucanases, cellobiase và chitinase mà đặt biệt là

enzyme cellulaze

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

Bảng 3.1 Thành phần môi trường thạch czapek [10]

Tiến hành: Giống nấm mốc được nuôi cấy trong bình tam giác 1000ml vàđặt trên máy lắc sau đó tiến hành nhân giống sản xuất được thực hiện trên khay

và trong phòng nhân giống với lượng sinh khối cần thiết

Tiến hành: Sau khi kết thúc quá trình gieo giống, canh trường nấm mốcđược gàu tải chuyển lên bunke trung gian qua cân định lượng và được đưa vàokhay, khay chuyển vào phòng nuôi cấy được đặt trong phòng nuôi cấy và tiếnhành nuôi

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 3-5 ngày

Quá trình nuôi cấy trong môi trường bán rắn nuôi bằng phương pháp bề mặttrải qua các giai đoạn

 Giai đoạn 1: Giai đoạn này thường kéo dài 15 ÷ 28 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 trắng sữa

Thành phần dinh dưỡng bắt đầu có sự thay đổi

Khối môi trường còn rời rạc

Enzyme mới bắt đầu hình thành

Giai đoạn này cần quan tâm đến chế độ nhiệt độ Chú ý nhiệt độ vì thời kỳnày giống rất mẫn cảm với nhiệt độ

 Giai đoạn 2: Giai đoạn này kéo dài 26 ÷ 68 giờ tiếp theo Trong giai đoạn

này có những thay đổi cơ bản sau

Toàn bộ bào tử đã phát triển thành sợi nấm Các sợi nấm này tạo ra nhữngmạng sợi chằng chịt khắp trong các hạt môi 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 300C

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

Các loại enzyme được hình thành chủ yếu là cellulase

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 250C ÷ 300C

 Giai đoạn 3: Giai đoạn này kéo dài 15 ÷ 20 giờ tiếp theo Ở giai đoạn này có

những thay đổi cơ bản sau

Quá trình trao đổi chất sẽ yếu dần vì môi trường cạn kiệt dần

Nhiệt độ khối môi trường giảm, do đó làm giảm lượng không khí môitrường xuống còn 20% ÷ 25% thể tích không khí trong 1 giờ Nhiệt độ nuôi cấyduy trì ở 300C.

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

Ở đây ta thu nhận chế phẩm và đưa vào dây chuyền sản xuất enzyme thô là40% và enzyme tinh là 60% Qua các công đoạn như sau

3.2.9 Sấy băng tải

Mục đích: Sấy để làm giảm độ ẩm của chế phẩm nhờ đó có thể bảo quản và

sử dụng trong thời gian dài

Tiến hành: Chế phẩm enzyme từ canh trường được chuyển lên bunke địnhlượng 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 bởitác nhân sấy là không khí có nhiệt độ là 400C

3.2.10 Nghiền

Mục đích: Vừa phá vỡ tế bào, vừa làm nhỏ các thành phần của chế phẩmenzyme thô Khi thành tế bào bị phá vỡ, các enzyme nội bào chưa thoát khỏi tếbào sẽ dễ dàng thoát khỏi tế bào

Tiến hành: Canh trường nấm mốc sau khi sấy được gàu tải chuyển sangmáy nghiền Kết thúc quá trình nghiền, canh trường nấm mốc được gàu tảichuyển vào bunke chứa và chuyển sang kho bảo quản

3.2.11 Trích ly

Mục đích: Chế phẩm enzyme từ canh trường được chuyển lên bunke địnhlượng bằng gàu tải sau đó được băng tải chuyển đến máy nghiền Chế phẩm sau

khi nghiền sẽ được chiết lấy dịch enzyme dùng cho việc tạo ra chế phẩm enzyme

kỹ thuật

Tiến hành: Sau khi nghiền phá vỡ cấu trúc tế bào, ta có thể chiết xuấtenzyme bằng các dung môi khác nhau như nước, dung dịch đệm, muối trungtính

Tiếp theo dịch enzyme sẽ được đưa vào thiết bị cô đặc

3.2.12 Cô đặc

Mục đích: Tăng nồng độ chất khô từ 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 đó dịch cô đặc sẽđược đưa vào thiết bị sấy phun

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

Nhà máy sản xuất 11 tháng trong năm, nghỉ tháng 11 để sửa chữa và bảo trìmáy Ngoài ra, nhà máy được nghỉ vào ngày chủ nhật và các ngày lễ lớn

Bảng 4.1 Biểu đồ sản xuất trong năm của nhà máy (X: có; 0: không)

Ngày

Bảng 4.2 Bảng tỉ lệ hao hụt qua các công đoạn

Năng suất enzyme đạt được 21 tấn/ngày.

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

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

Tỷ lệ các thành phần môi trường như sau

4.2.1 Dây chuyền sản xuất chê phẩm thô

Năng suất sản phẩm của nhà máy sản xuất trong một ngày

21 tấn/ngày = 21000 kg/ngày

4.2.1.1 Bao gói (tỉ lệ hao hụt 1%)

Lượng sản phẩm enzyme thô trước công đoạn này là

1 , 0 100

100

1 , 0 21021,02   (kg/ngày)

4.2.1.2 Nghiền (tỉ lệ hao hụt 2%)

Lượng canh trường nấm mốc trước công đoạn nghiền

02 , 21450 2

100

100 02

2 02 ,

21450   (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

) 60 100 ( ) 2 100 (

) 10 100 ( 100 02 , 21450

Lượng hao hụt

95 , 984 100

2 5 ,

49247   (kg/ngày)

Lượng sản phẩm emzyme thô chiếm 40% lượng chế phẩm thu được

Vậy lượng chế phẩm thu được từ lên men

73 , 123118 40

100 5 , 49247





(kg/ngày)

4.2.2 Dây chuyền chung

4.2.2.1 Thu nhận chế phẩm thô (Tỉ lệ hao hụt 0,5%)

Lượng canh trường nấm mốc trước khi thu nhận

4 , 123737 5

, 0 100

100 73

5 , 0 4 ,

123737   (kg/ngày)

4.2.2.2 Nuôi cấy (Tỉ lệ hao hụt 0,5%)

Lượng canh trường nấm mốc trước khi nuôi cấy

23 , 124359 5

, 0 100

100 43

5 , 0 23 ,

124359   (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

15 , 124984 5

, 0 100

100 23

5 , 0 15 ,

124984   (kg/ngày)

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

Lượng môi trường trước khi gieo giống

26 , 125109 1

, 0 100

100 15

11 , 125 100

1 , 0 26 ,

125109   (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

2 , 126118 8

, 0 100

100 26

8 , 0 2 ,

126118   (kg/ngày)

4.2.2.6 Thanh trùng (Tỉ lệ hao hụt 1%)

Lượng môi trường nuôi cấy trước công đoạn này

13 , 127392 1

100

100 2

1 13 ,

127392   (kg/ngày)

4.2.2.7 Phối trộn (Tỉ lệ hao hụt 2%)

Lượng nguyên liệu trước công đoạn này

97 , 129991 2

100

100 13

2 97 ,

129991   (kg/ngày)

4.2.2.8 Lượng nguyên liệu sản xuẩt trong một mẽ

Độ ẩm bang đầu của nguyên liệu trước khi phối trộn

+ Bã thải nấm :65%

+ Bột ngô :15%

Độ ẩm sau khi phối trộn là 60%

Lượng nguyên liệu là

+ Bã thải nấm: 89137 , 35

) 65 100 ( 100

) 60 100 ( 60 97 ,

) 60 100 ( 20 97 ,

) 60 100 ( 60 , 9 97 ,

) 60 100 ( 10 97 ,

) 60 100 ( 05 , 0 97 ,

) 60 100 ( 25 , 0 97 ,

) 60 100 ( 1 , 0 97 ,

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

Lượng bã thải nấm trước công đoạn nghiền, định lượng

17 , 91894 3

3 91894,17   (kg/ngày)

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

Lượng bã thải nấm trước công đoạn này

26 , 94736 3

3 94736,26   (kg/ngày)

4.2.3.2 Dây chuyền sản xuất bột ngô

Nghiền, định lượng (Tỉ lệ hao hụt 3%)

Lượng ngô trước công đoạn nghiền, định lượng

3 100

100

3 12612,93   (kg/ngày)

4.2.3.3 Dây chuyền sản xuất cám gạo

Nghiền, định lượng (Tỉ lệ hao hụt 3%)

Lượng ngô trước công đoạn nghiền, định lượng

3 100

100

3 12612,93   (kg/ngày)

4.2.3.4 Dây chuyền gia công trấu

Làm sạch, định lượng (Tỉ lệ hao hụt 3%)

Lượng trấu trước công đoạn này

3 100

3 63 ,

100 998

05 , 0 01 ,

 KH 2 PO 4

Lượng KH2PO4trước khi định lượng

06 , 130 05 , 0 100

100



Lượng hao hụt

 NH 4 NO 3

Lượng NH4NO3 trước khi định lượng

02 , 52 05 , 0 100

05 , 0 02 ,

4.2.4 Dây chuyền sản xuất enzyme kỹ thuật

Dây chuyền sản xuất enzyme kỹ thuật sử dụng 60% tổng lượng chế phẩmthô sau khi nuôi cấy

Lượng chế phẩm thô đưa vào dây chuyền này

24 , 73871 100

60 123118,74   (kg/ngày)

4.2.4.1 Nghiền (tỉ lệ hao hụt 2%)

Lượng chế phẩm sau công đoạn nghiền

82 , 72393 100

2 100 73871,24    (kg/ngày)

Lượng hao hụt

1477,42 100

2 24 ,

) 60 100 (

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

Khối lượng chất khô được trích ly:

03 , 2027 100

7 28957,53   (kg/ngày)

Lượng chất khô sau khi trích ly

49 , 1986 100

2 100 2027,03    (kg/ngày)

Lượng chất khô hao hụt

54 , 40 100

2 2027,03   (kg/ngày)

Thể tích dịch enzyme là

198649 10

1000 1986,49

2 100 49 ,

Lượng chất khô hao hụt

73 , 39 100

2 49 ,

Cô đặc đến nồng độ 25g/l

Thể tích dịch enzyme lúc này

77870,27 25

1000 1946,76





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

644 , 1168 1946,76

1000

77870,27 40







(kg/ngày)Dùng chất bảo quản là muối NaCl có nồng độ 50 g/l Lượng muối NaClthực tế cần dùng

08 , 23361 50

644 , 1168 1000





(lít/ngày)

4.2.4.4 Sấy phun (tỉ lệ hao hụt 2%)

Lượng chất khô tuyệt đối trước khi sấy là

81 , 3114 1000

77870,25 40





(kg/ngày)Lượng enzyme kỹ thuật thu được

Sau khi sấy độ ẩm đạt 10%

68 , 3391 )

10 100 ( 100

100 ) 2 100 ( 81 ,

3 , 62 100

2 81 ,

4.2.4.5 Bao gói (tỉ lệ hao hụt 0,1%)

Lượng sản phẩm sau công đoạn này

29 , 3388 100

) 1 , 0 100 ( 68 ,

Lượng hao hụt

39 , 3 100

1 , 0 29 ,

3388   (kg/ngày)

4.2.5 Lượng nước cần dùng cho cả dây chuyền

4.2.5.1 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

65 35 ,

15 54 ,

14 81 ,

Độ ẩm sau khi phối trộn là 60%.

Từ (1) ta có tổng lượng ẩm là

77995,17 100

60 129991,96

4.2.5.2 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

3 , 289575 90

100

60 100

Vn = 18088 + 217620 = 235705 (lít/ngày)

4.2.6 Môi trường nhân giống

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

Khối lượng môi trường nhân giống

12510 , 93

100

10 125109,252   (kg/ngày)

4.3 Tổng kết

Trong dây chuyền sản xuất sản phẩm thô sau khi thu nhan che phamenzyme, 40% canh trường được dùng để sản xuất enzyme thô, còn 60% để sảnxuất enzyme kỹ thuật

Vậy lượng sản phẩm thô là: 21000 (kg/ngày) Lượng sản phẩm enzyme kỹthuật là: 3388,29 (kg/ngày)

Đưa canh trường vào thiết bị 624,92 124984,1 Kg/ngày

Dây chuyền gia công bã thải nấm

Nghiền và định lượng 2842,09 94736,26 Kg/ngàyLàm sạch, phân loại 2756,83 91894,17 Kg/ngày

Dây chuyền gia công cám ngô

Dây chuyền gia công cám gạo

Nghiền 429 21450,02 Kg/ngày

Dây chuyền sản xuất chế phẩm kỹ thuật

Bảng 4.4 Nhu cầu nguyên liệu dùng trong ngày

CHƯƠNG 5 TÍNH VÀ CHỌN THIẾT BỊ

Số thiết bị được tính theo công thức

Năng suất thiết kế

Năng suất thiết bị

5.1 Máy phân loại bã thải nấm [Tr 77, 4]

Chọn Máy phân loại sàng lắc mặt phẳng C-120 có đặc tính kỹ thuật





n

=> Chọn 1 thiết bị với kích thước: 4700× 1730 × 2150 mm

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

1-Đế máy; 2-Giá lắc phía sau; 3-Hộp; 4-Sàng trên; 5-Puli lớn; 6-Sàng dưới;7-Thanh truyền; 8,13-Cửa khoang; 9-Gía lắc phía trước; 10-Máng; 11-Puli nhỏ;12-Động cơ điện; 14-Trục dẫn động; 15-Cam; 16-Đầu thanh truyền

5.2 Máy nghiền búa [Tr 72, 4].

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

Năng suất : 700 kg/h hay 16800 kg/ngày

Công suất động cơ : 13 Kw

Kích thước cơ bản : 1178 × 1035 × 1066 mm

n =

Khối lượng : 800 Kg.

Bề mặt trao đổi nhiệt : 0,3m2

Hình 5.2 Máy nghiền búa

1-Vỏ; 2-Ổ bi; 3-Động cơ điện cho bộ 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

Chọn máy nghiền

 Máy nghiền để gia công bã thải nấm

Lượng bã thải cần nghiền: 94736,3 kg/ngày

Số lượng thiết bị cần dùng: 5 , 6

16800

3 , 94736





n

=> Chọn 6 máy nghiền với kích thước: 1178 × 1035 × 1066 mm

 Máy nghiền để gia công ngô

Lượng ngô cần nghiền: 12612,9 kg/ngày

Số lượng máy nghiền cần dùng: 0 , 75

16800

9 , 12612





n

=> Chọn 1 máy nghiền với kích thước: 1178 × 1035 × 1066 mm

 Máy nghiền để gia công gạo

Lượng gạo cần nghiền: 5642,62 kg/ngày

Số lượng máy nghiền cần dùng: 0 , 34

16800

62 , 5642





n

=> Chọn 1 máy nghiền với kích thước: 1178 × 1035 × 1066 mm

 Máy nghiền cho dây chuyền chung sản xuất enzyme thô

Lượng chế phẩm cần nghiền: 21450,02 kg/ngày

Số lượng máy nghiền cần dùng: 1 , 2

16800

02 , 21450





n

=> Chọn 2 máy nghiền với kích thước: 1178 × 1035 × 1066 mm

 Máy nghiền cho dây chuyền chung sản xuất enzyme kỹ thuật

Lượng chế phẩm cần nghiền: 72393,8 kg/ngày

Số lượng máy nghiền cần dùng: 4 , 31

16800

8 , 72393

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

Dung tích của gàu : V = 0,9 lít.

Bước gàu : L = 250 mm.

Chiều rộng tấm băng : B = 150 mm.

Chiều rộng của gàu : b = 110 mm.

Chiều cao của gàu : h = 132 mm.

Chiều cao miệng gàu : h 1 = 66 mm

Góc nghiêng của thành gàu :  = 40

Góc lượn của đáy gàu : r = 35 mm.

1- Bộ phận kéo; 2- Gàu; 3- Vỏ gàu tải; 4- Tang căng; 5- Miệng nạp liệu; Guốc hãm; 7- Ống tháo liêụ; 8- Đầu dẫn động; 9- Tang dẫn động

6-Năng suất của gàu tải tính theo công thức

L

K v

V : Sức chứa của gàu (m3)

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

QHg

N 

Trong đó

Q 2 : năng suất gàu tải, kg/s

H : chiều cao nâng vật, m

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

, 0

85 , 0 89 , 0 2 , 0 9 , 0 6

,



Hay 47,054 (kg/h) hay 47054 (kg/ngày)

Công suất truyền động của gàu tải là

8 , 0 1000

81 , 9 5 , 9 52

 Chọn gàu tải bã thải nấm lên máy phân loại

Lượng bã thải nấm cần vận chuyển: 94736,3 kg/ngày

=> Chọn 2 gàu tải bã thải nấm với kích thước: 500 × 750 × 9500 mm

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

Lượng bã thải nấm cần vận chuyển: 91898,2 kg/ngày

=> Chọn 2 gàu tải vỏ sắn với kích thước: 500 × 750 × 9500 mm

5.3.1.2 Chọn gàu tải bột ngô

Kích thước là: 500 × 700 × 9500 mm

Mật độ xếp ρ = 450 kg/m3 = 0,45 tấn/m3 [Tr 48, 4]

Năng suất của gàu tải là