Thiết kế nhà máy sản xuất enzyme cellulase từ vỏ lụa sắn theo phương pháp bề mặt năng suất 18000kgngày

MỞ ĐẦUEnzyme là chất xúc tác sinh học, có bản chất protein, hòa tan trong nước và trong dung dịch muối loãng. Enzyme có phân tử lượng lớn từ 20.000 đến 1.000.000 dalton nên không qua được màng bán thấm. 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 không chỉ có ý nghĩa cho quá trình sinh trưởng, sinh sản của mọi sinh vật mà nó còn đóng vai trò rất quan trọng trong công nghệ chế biến thực phẩm, trong y học, trong công nghệ gen và trong bảo vệ môi trường. Vì vậy mà những nghiên cứu sản xuất enzyme và ứng dụng enzyme được phát triển rất mạnh từ đầu thế kỉ XX . Mặt khác, hiện nay các nhà máy chế biến tinh bột sắn thải ra hàng trăm ngàn tấn bã thải. Theo ước tính, một nhà máy chế biến có công suất 30100 tấnngày thì sẽ sản xuất được 7,5 25 tấn tinh bột, kèm theo đó là khối lượng lớn vỏ lụa sắn. Lượng vỏ lụa này hiện nay vẫn chưa được xử lý riêng rẽ gây mùi hôi thối, ô nhiễm môi trường cho cộng đồng dân cư sống quanh khu vực nhà máy chế biến tinh bột sắn. 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 vỏ lụa sắn – thành phần chứa hàm lượng cellulose rất cao, làm môi trường nuôi cấy vi sinh vật để sản xuất cellulase. 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 nhà máy tinh bột sắn. Trên cơ sở đó, tôi được thực hiện đề tài: “Thiết kế nhà máy sản xuất enzyme cellulase từ vỏ lụa sắn theo phương pháp bề mặt năng suất 18000kgngày ”.

MỞ ĐẦU

Enzyme là chất xúc tác sinh học, có bản chất protein, hòa tan trong nước vàtrong dung dịch muối loãng Enzyme có phân tử lượng lớn từ 20.000 đến 1.000.000dalton nên không qua được màng bán thấm

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 không chỉ có ý nghĩa cho quá trình sinh trưởng, sinh sản của mọi sinhvật mà nó còn đóng vai trò rất quan trọng trong công nghệ chế biến thực phẩm,trong y học, trong công nghệ gen và trong bảo vệ môi trường Vì vậy mà nhữngnghiên cứu sản xuất enzyme và ứng dụng enzyme được phát triển rất mạnh từ đầuthế kỉ XX

Mặt khác, hiện nay các nhà máy chế biến tinh bột sắn thải ra hàng trăm ngàntấn bã thải Theo ước tính, một nhà máy chế biến có công suất 30-100 tấn/ngày thì

sẽ sản xuất được 7,5 - 25 tấn tinh bột, kèm theo đó là khối lượng lớn vỏ lụa sắn.Lượng vỏ lụa này hiện nay vẫn chưa được xử lý riêng rẽ gây mùi hôi thối, ô nhiễmmôi trường cho cộng đồng dân cư sống quanh khu vực nhà máy chế biến tinh bộtsắn 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 vỏ lụa sắn – thành phần chứa hàmlượng cellulose rất cao, làm môi trường nuôi cấy vi sinh vật để sản xuất cellulase

Nó không chỉ góp phần tạo ra nguồn enzyme mang lại nhiều ứng dụng trong cuộcsống hằng ngày của con người mà còn góp phần giải quyết tình trạng ô nhiễm môitrường của các nhà máy tinh bột sắn

Trên cơ sở đó, tôi được thực hiện đề tài: “Thiết kế nhà máy sản xuất enzyme cellulase từ vỏ lụa sắn theo phương pháp bề mặt năng suất 18000kg/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 trò quan 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 nầm 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 nẩy mầm

1.1 Sự cần thiết phải đầu tư:

Enzyme celluase được sử dụng nhiều trong công nghiệp, chăn nuôi Nhưng lượng enzyme chiết từ tự nhiên không đủ để sử dụng Hơn nữa hàng ngày nhà

máy tinh bột sắn thải ra môi trường một lượng lớn vỏ lụa sắn, lượng vỏ lụa sắnnày nếu không được xử lý sẽ làm ô nhiễm môi trường Vì vậy đầu tư cho xâydựng một nhà máy sản xuất chế phẩm enzyme cellulase từ nguồn vỏ lụa sắn làcần thiết vì sẽ vừa cung cấp chế phẩm enzyme cho công nghiệp, vừa xử lýđược lượng chất thải của nhà máy tinh bột sắn

1.2 Đặc điểm tự nhiên:

Khí hậu Quảng Nam chia ra làm hai mùa nắng và mưa Mùa nắng từ tháng 1đến tháng 8, mùa mưa từ tháng 9 đến tháng 12, nhiệt độ trung bình là 26oC ÷ 28oC,

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

1.3 Nguồn cung cấp nguyên liệu:

Lấy nguồn nguyên liệu chủ yếu từ các nguồn phế thải của nhà máy sản xuấttinh bột sắn Quảng Nam (nay chuyển thành Công ty cổ phần Fococev Quảng Nam)

có thể cung cấp đủ nguồn nguyên liệu cho phân xưởng sản xuất quanh năm Năm

1988, UBND tỉnh Quảng Nam cho xây dựng nhà máy tinh bột sắn tại thôn 1, xã QuếCường, huyện Quế Sơn

1.4 Hợp tác hoá:

Nhà máy sản xuất enzyme được đặt trong khu kinh tế mở Chu Lai nên quátrình hợp tác hoá được tiến hành chặt chẽ Do đó việc sử dụng những công trìnhchung như: điện, nước, giao thông, …được tiến hành thuận lợi và giảm bớt chi phíđầu tư cho xây dựng.

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 rồisau đó chuyển ra nguồn nước thải của thành phố

Chương 2 : TỔNG QUAN TÀI LIỆU2.1 Tổng quan về enzym cellulase.[25]

2.1.1 Định nghĩa:

Cellulase là một phức hệ enzym có tác dụng thủy phân cellulose thông qua việcphân hủy liên kết 1,4 – β – glucoside trong cellulose tạo ra sản phẩm glucose cungcấp cho công nghệ lên men

2.1.2 Phân loại:

Cellulase là hệ enzym đa cấu tử gồm: endo-β-1- 4 glucanase, exoglucanase vàβ- glucosidase hay có các tài liệu nói đến hai enzym chính của phức hệ enzym này làenzym Cl và enzym Cx hoạt động phối hợp để thủy phân cellulose thành glucose.Endo –β- 1,4 – glucanase được gọi là endoglucanase hoặc 1,4 – β – D – glucan – 4 -glucanohydrolase hay Cmcase Endo –β-1,4-glucanase thuộc vào dạng 1 của phức

hệ cellulase Enzym 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 tới enzym này trừn- butanol Các ion kim loại và EDTA nồng độ 4-14 n.M đều làm giảm hoạt tínhenzym

Dạng 2 là exoglucosidase, gồm 1,4 – glucan-4-glucanohydrolase và 1,4 - glucan cellobiohydrolase (cellobiohydrolase)

β-D-Dạng 3 là β-glucosidase hoặc β-glucosidase glucohydrolase

Enzym Cx có 2 loại : exo 1,4 - β-D-glucanase và endo β-D-glucanase

Enzym có khả năng phân giải (thủy phân) sợi cellulose tự nhiên, có tính đặc hiệukhông rõ ràng do đó cũng chưa xác định được tên hệ thống của nó

Endoglucanase thủy phân ngẫu nhiên bên trong phân tử cellulose tạo ra các loạioligo saccharide 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 (cellobio hydrolase)

2.1.3 Cơ chế thủy phân enzym cellulase [25]:

Hình 2.1 Quá trình phân giải cellulose của cellulase

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

- Exocellulase: cắt 2 hoặc 4 đơn vị glucose từ đầu không khử của chuỗi cellulose tạothành cellobiose (disacharide) và một số cellotetrose

- Cellobiase: tham gia phân giải cellobiose (disacharide) và cellotetrose thànhglucose

2.1.4 Ứng dụng của enzym: [24]

2.1.4.1 Cải thiện giá trị dinh dưỡng của thức ăn gia súc:

Sử dụng phối hợp enzym cellulase với các enzym thủy phân khác như pectinase,hemicellulose,…trong quá trình ủ cỏ xanh có tác dụng phân giải thành tế bào thựcvật, do đó tăng nguồn giá trị dinh dưỡng cho nhóm vi khuẩn lactobacilli lên mensinh axit lactic, ức chế sự sinh trưởng của các loại vi khuẩn có hại khác

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

sự tiêu hóa, hấp thu thức ăn cho động vật đặc biệt động vật còn non có hệ tiêu hóachưa hoàn chỉnh, do đó sẽ giảm chi phí thức ăn cho động vật và chúng sẽ tăng trọngnhanh

2.1.4.2.Tăng hiệu suất trích ly các chất từ nguyên liệu thực vật:

Cellulase phá vỡ thành tế bào thực vật giúp cho quá trình trích ly các chất từ thựcvật, từ cây thuốc được dễ dàng Sử dụng cellulase để phá vỡ tế bào thực vật, tế bàothực vật mất vách cellulose trở thành tế bào trần Sử dụng tế bào trần để nghiên cứulai tế bào nhằm tạo ra các tế bào lai có những tính trạng mới theo mong muốn

2.1.4.3 Thủy phân gỗ và các phế liệu giàu cellulose:

Cellulase được ứng dụng trong sản xuất glucose, mật đường từ nguyên liệu giàucellulose như rơm, rạ….dùng làm thức ăn cho người và động vật

Dịch đường sau khi thủy phân làm nguồn nuôi cấy nấm men rất tốt Sử dụng

cellulase của T.viride để chuyển hóa nguyên liệu có cellulose thành ethanol đang

được nghiên cứu và áp dụng Theo biện pháp này, nếu tận dụng được 3 triệu tấncellulose trong phế liệu hằng năm ở Mỹ thì có thể thõa mãn tới 20% nhu cầu nhiênliệu của nước này Người ta thấy rằng nếu trộn xăng với ethanol sẽ làm giảm đáng

kể chi phí nhiên liệu cho các loại xe máy, oto và bớt khói bụi

2.1.4.4 Trong công nghệ thực phẩm:

Trong quá trình sản xuất các loại nước quả và nước uống không cồn dựa trên quátrình trích ly dịch quả từ thịt nghiền Dịch này thường chứa các thành phần tế bàothịt quả và các thành phần của polysaccharide làm cho dịch quả có độ nhớt cao Đểtăng hiệu suất trích ly dịch quả, giảm bớt độ nhớt, tăng mức cảm quan nước quả vàgiảm bớt một số công đoạn, việc bổ sung endoglucanase rất quan trọng Enzym này

là điểm mấu chốt cải thiện hiệu suất dịch hóa Sự kết hợp giữa endoglucanase và

petinase sẽ phá hủy hoàn toàn màng tế bào Trong quá trình sản xuất, ở giai đoạndịch hóa bổ sung hỗn hợp các enzym cellulase, hemicellulase sẽ đem lại hiệu quảcủa chế phẩm, làm cho độ đồng thể của nước quả thịt sẽ tốt hơn.

Trong công nghệ sản xuất bia, các chế phẩm enzym amylase, protease và glucanase

đã được sử dụng để ngăn chặn sự hình thành các diacetyl, rút ngắn thời gian ủ bia.Trong quá trình sản xuất cà phê ở Việt Nam, cà phê chủ yếu được sản xuất bằngphương pháp khô, phương pháp này cho chất lượng cà phê không cao Để tiến hànhnâng cao chất lượng cà phê, phương pháp lên men đã được ứng dụng Đó là quátrình sử dụng phức hệ enzym cellulase và pectinase để xử lý bóc vỏ cà phê và làmtăng khả năng trích ly dịch quả Trong khâu bóc vỏ, cellulose gây hiện tượng thẫmmàu, làm giảm chất lượng sau khi sấy, đồng thời cản trở quá trình bóc vỏ Khi sử

dụng chế phẩm Asp niger có tên thương mại Biovina -09 có hoạt tính pectinase và

cellulase cho thấy số lượng cà phê được bóc vỏ tăng, hạt cà phê được bóc bằng chếphẩm không còn nhớt và hiệu suất trích ly cao

2.1.5 Tình hình sản xuất enzym cellulase ở Việt Nam và trên Thế giới [25]:

Enzym cellulase kỹ thuật chủ yếu được thu nhận từ T reesei, Asp.niger và gần đây

là từ các chủng vi khuẩn Ở Nhật, cellulase kỹ thuật thu nhận từ T.viride bằng

phương pháp nuôi cấy bề mặt theo quá trình koji như sau: cám mỳ được xử lý nhiệt,cấy bào tử vào, nuôi ủ vào khay dưới các điều kiện ( pH, nhiệt độ, độ ẩm…) tối ưu.Sau 3-5 ngày, môi trường lên men được chiết với nước, dịch chiết được cô đặc vàenzym được tủa bằng alcohol Thậm chí ngày nay, một vài công ty còn sản xuất

enzym cellulase từ Trichoderma theo quá trình koji Tương tự, có thể áp dụng quá trình này để sản xuất enzym cellulase từ Asp niger Theo Yamada (1977), khoảng

45 tấn cellulase được sản xuất từ T.viride và Asp.niger vào năm 1976.

Việc sản xuất cellulase bằng phương pháp chìm được mô tả đầu tiên trong cácpatent của Nhật ( Kawaji etal.1964)

Ở Mỹ, phòng thí nghiệm của quân đội Mỹ ở Natik và trường đại học Rutgers lần

đầu tiên sử dụng chủng T.viride QM 6 hoang dại để sản xuất enzym cellulase Sau

đó gây đột biến và chọn lọc được biến chủng QM9414 có khả năng sinh ra cellulasecao ( Rehm, 1983)

Ở Pháp hãng Ly Ven sản xuất enzym cellulase từ T reesei và từ Asp.niger sử dụng

trong công nghiệp thực phẩm

Ở Canada, hãng Logene sản xuất enzym cellulase sử dụng trong thức ăn gia súc,công nghiệp giấy, chế biến hạt, sản xuất ethanol

Loại chế phẩm được sản xuất ở Liên Xô sử dụng trong chăn nuôi có tên gọi là

“cellolignorin” Đây là sản phẩm nuôi cấy T Lignorum đã sấy khô đến chỉ còn 13%

độ ẩm, chứa 1-50 đơn vị cellulase/g Ngoài các endoglucanase và exo glucanasecòn có hemicellulase, pectinase và xylanase, pH thích hợp nhất cho chế phẩm nàyhoạt động từ 4,0 – 5,5

Ở Nhật Bản hãng Nagaze, Amano, dsiva kasei – zenihon sejkage hằng năm đã sảnxuất đến 8000 tấn chế phẩm enzym các loại để dùng trong nông nghiệp Enzym

“Penxenlase” chứa enzym cellulase, hemicellulase, protease và amylase Hoạt tính

có các loại 500, 1000 và 1500 đơn vị/gam, pH thích hợp từ 4,0 – 5,5 Nhiệt độ thíchhợp là 600C

Chế phẩm cellulase “Onozuka” chứa cellulase và hemicellulase Chế phẩm này thu

được từ các dịch nuôi cấy bề mặt nấm T viride Các điều kiện thích hợp như pH,

nhiệt độ cũng tương tự Pancellase

Chế phẩm enzym “ Celluzin” thu được từ nuôi cấy chìm nấm Asp.niger Hoạt tính

cellulase khoảng 450000 đơn vị/g

Ở Mỹ, chế phẩm “ Biozim” được sản xuất bằng phương pháp nuôi cấy bề mặt nấm

A.Oryzae Chế phẩm này chứa 26 loại enzym khác nhau, trong số này có cellulase,

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.

2.2 Tổng quan về hệ Vi sinh vật phân giải cellulase:

2.2.1 Vi Khuẩn [16]:

Trong điều kiện hiếu khí, có rất nhiều vi khuẩn Có khả e phân hủy cellulose nhờ vào

hệ enzym cellulose của chúng Cellulase là một phức hệ enzyme thủy phân cellulosetạo ra các đường đủ nhỏ để đi qua vách tế bào vi khuẩn Ở một số vi khuẩn, enzymoxy hóa khử và enzym phân hủy protein cũng tham gia vào quá trình trên Một sốloài vi khuẩn tiêu biểu có khả năng phân hủy cellulose trong điều kiện hiếu khí:

Acetobacter xilinum, Achromabacter, Bacillus subtilis, Celvibrio fulvus, Cytophaga, Cellulomonas biazotea…

2.2.2 Niêm vi khuẩn [17]:

Trong điều kiện hiếu khí, các vi sinh vật tham gia vào việc phân hủy cellulose gồmniêm vi khuẩn, một số đại diện của các vi khuẩn sinh bào tử và không sinh bào tử,

xạ khuẩn, nấm Trong số này thì các loại niêm vi khuẩn là quan trọng hơn cả

Niêm vi khuẩn phân hủy cellulose chủ yếu được tìm thấy trong các giốngCytophaga, Sporocytophaga và Soran – gium Chúng sống 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 dạng thểnhầy không có hình dạng nhất định, lan rộng, vô màu, màu vàng, da cam hoặc đỏ.Niêm vi khuẩn có thể sử dụng nguồn carbon không chỉ cellulose mà còn có cả cácnguồn hydrat carbon khác như tinh bột chẳng hạn Tuy nhiên, các loài giốngCytophaga, Sporocytophaga ưa thích cellulose hơn cả Nitrat là nguồn nitrogen tốtđối với niêm vi khuẩn Niêm vi khuẩn nhận được năng lượng khi oxy hóa các sảnphẩm của sự phân giải cellulose thành CO2 và H2O

2.2.3 Xạ khuẩn [18]:

Là nhóm vi sinh vật có khả năng phân hủy các hợp chất hữu cơ cao phân tử nhưcellulose, lignin… Có trong bã thực vật để tạo thành các hợp chất trung gian, tổnghợp các chất mùn

Xạ khuẩn là nhóm vi sinh vật đơn bào, chúng phân bố rộng rãi trong tự nhiên, thậmchí 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 hóa nhiều hợp chất hữu cơtrong tự nhiên Chúng sinh sản ra chất kháng sinh từ acid amin tạo thành trong qúatrình trao đổi chất của vi khuẩn quang hợp và các chất hữu cơ Các chất kháng sinhnày tiêu diệt vi khuẩn và nấm mốc gây hại.

Khả năng phân giải cellulose của xạ khuẩn đã được nghiên cứu nhiều Harmsen(1964) chia xạ khuẩn phân hủy cellulose ra lam ba nhóm A, B, C Nhóm B và Cphân hủy cellulose rất mạnh Theo Krasilnikov (1949) thì các loài xạ khuẩn phângiải 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 Cellulose.

+ 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.

2.3.4 Nấm sợi [25]:

Có nhiều loài nấm sợi có khả năng sinh ra 1 lượng lớn cellulase thuộc giống

Alternaria, Trichoderma, Myrothecium, Aspergillus… Trong đó có 2 giống nấm sợi

là Trichoderma và Aspergillus đã được nhiều nhà khoa học nghiên cứu để sản xuất cellulase Trong đồ án thiết kế của tôi, tôi sử dụng chủng nấm mốc Aspergillus niger.

Nấm sợi Aps niger

Vị trí phân loại và các đặc điểm sinh lý, sinh hóa và sinh thái.

Vị trí phân loại của Asp.niger được xếp như sau:

Khuẩn lạc Asp niger trên môi trường Czapek geast extract agar (CYA) có dạng lông

nhung, khi còn non có màu trắng, khi già có màu đen, mặt trái của peptri thường cómàu vàng nhạt đến vàng sáng

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 được gọi làbọng, có đường kính từ 50 -75 µm, sinh ra 2 lớp thể bình, lớp thứ nhất hình tam giác

cân ngược, lớp thứ hai hình chai, sinh ra bào tử đính hình cầu, bào tử đính có đườngkính 4 -5 µm, có màu nâu 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 45-470C,tối ưu 35-370C (panasenko, 1967) A.niger là nấm sợi chịu khô Ayerst (1966) chobiết bào tử đính có thể nẩy mầm trong môi trường có thế nước 0,77 ở 370C

Asp.niger có thể sinh trưởng ở pH =2 trong điều kiện có thế nước cao (pitt,1981).

Độc tố: Asp.niger được xem là nấm sợi không sinh độc tố và được sử dụng rộng rãi

trong chế biến thực phẩm Các enzym thủy phân thu nhận được từ chủng này khônggây đột biến vi khuẩn và các mô của chuột Tuy nhiên, theo thống tin gần đây có 2

trong số 19 chủng Asp.niger phân lập được sinh ra Ochratoxin A (Abarca, 1994)

Sinh thái: Asp.niger chiếm ưu thế ở vùng khí hậu nhiệt đới Bào tử đính màu đen

nên không bị ảnh hưởng bởi tia mặt trời và tia UV Asp.niger thường được phân lập

từ các sản phẩm phơi nắng: cá, cây gia vị

Các đặc tính và cấu trúc của hệ cellulase từ Asp.niger

Theo Hurst (1977), endoglucanase từ Asp.niger có trọng lượng phân tử là 26000

Dalton, hoạt động ở Ph và nhiệt độ tối ưu là 4,0 và 450C Galas và Romanowska(1997), cho biết β-glucosidase từ A.niger có trọng lượng phân tử khoảng 200 kDa,điểm đẳng điện là 4,05 và chứa 33% carbohydrate Enzym này thủy phân cellobiose

ở pH và nhiệt độ tối ưu tương ứng là 4,8 và 650C

Hình 2.2 Cấu trúc tinh thể của endoglucanase từ Asp.niger

2.2.4 Thành phần môi trường nuôi cấy vi sinh vật cellulase [15]:

2.2.4.1 Nguồn carbon:

Theo lý thuyết sinh tổng hợp của enzym cảm ứng, trong môi trường nuôi cấy vi sinhvật sinh cellulase nhất thiết phải có cellulose là chất cảm ứng và là nguồn carbon.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 trênmôi trường có nguồn carbon là giấy lọc cho hoạt tính enzym cao nhất Kết quả cũngtương tự như vậy khi nuôi Myrothecium verrucaria trên môi trường có giấy lọc vàlõi ngô, bã củ cải

Chất cảm ứng của enzym cellulase còn là cellobiosooctacetat, cám mì, lactosesalicyl Đối với Stachybotrit atra nguồn carbon tốt nhất để sinh tổng hợp cellulase làtinh bột 1%

Các nguồn carbon khác (glucose, cellobiose, acetat, citrat, oxalat, xuccinat và nhữngsản phẩm trung gian của vòng krebs) có tác dụng kiềm hãm sinh tổng hợp cellulase.Song, trong môi trường với nồng độ glucose rất ít tác dụng kích thích vi sinh vậtphát triển tạo thành enzyme Glycerin chỉ có tác dụng kích thích vi sinh vật sinhtrưởng phát triển, không cảm ứng tổng hợp enzyme

2.2.4.2 Nguồn Nito:

Các nguồn nito vô cơ thích hợp nhất đối với các sinh vật cellulase là muối nitrat.Đối với các giống của bộ nấm bông nguồn nito tốt nhất lại là NH4)2HPO4 Nói chungcác muối amon ít tác dụng nâng cao hoạt lực enzyme này, thậm chí còn ức chế quátrình tổng hợp, vì rằng môi trong các muối này làm cho môi trường acid hóa Điềunày không những ức chế trong quá trình sinh tổng hợp enzyme mà còn có thể làmmất hoạt tinhs enzyme sau khi tạo thành

Natri nitrat làm cho môi trường kiềm hóa, tạo điều kiện thuận lợi cho sự tạo thànhcellulase 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

2.2.4.3 Nguồn khoáng chất:

Những nguyên tố khoáng (Fe, Mn, Zn,B, Mo, Cu…) có ảnh hưởng rõ rệt đến khả năng tổng hợp cellulase của vi sinh vật Zn, Mn, Fe có tác dụng kích thích tạo thành enzym này ở nhiều chủng Nồng độ tối thích của Zn: 0,11 – 22 mg/l, Fe: 2- 10 mg/l, Mn: 3,4 – 27,2 mg/l.

2.2.4.4 Chất kích thích sinh trưởng:

Biotin và tiamin trong môi trường dinh dưỡng không có ảnh hưởng đến sinh tổng hợp enzym này

2.2.5 Phương pháp nuôi cấy: [15]

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, ngô mảnh,bột đậu tương,… Môi trường lỏng thường là các dịch rỉ đường, dịch thủy phân từthóc mầm, nước bã rượu… có thêm muối khoáng Môi trường lỏng ít dùng để nuôicấy nấm mốc theo phương pháp này

- Ưu điểm của phương pháp này:

+ 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 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

2.2.6 Một số lưu ý trong quá trình sinh tổng hợp enzyme cellulase:

- Nhiều nhà nghiên cứu cho biết cellulase là nguồn cơ chất thích hợp nhất đốivới sự tổng hợp cellulase Rõ ràng đây là sự tổng hợp mang tính chất cảm ứng màcellulose là “chất cảm ứng” Do đó nồng độ của nó trong môi trường nuôi sẽ 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 ởmột số chủng vi sinh vật Một số acid amin như: aspartic, valin… tăng cường tổnghợp cellulase

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

… pH thích hợp cho tổng hợp đa số nấm tích tụ cellulase là 4,6 Nhiệt độ enzymechịu được 90 – 1000C trong vài phút như cellulose của Tricoderma viride, khi nâng

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

2.3 Tổng quan về vỏ lụa sắn:

2.3.1 Cấu tạo của củ sắn:[19]

Củ sắn có kích thước trung bình dài 25 – 38 cm, đường kính 3-6cm Tùy theo giống,điều kiện đất đai và thời gian thu hoạch mà củ sắn có kích thước trên dưới kíchthước trung bình Cấu tạo của củ sắn gồm 4 phần chính:

+ Vỏ gỗ (còn gọi là vỏ lụa) có màu nâu sẫm hoặc màu nâu vàng, bao bọc bênngoài củ sắn, dày 0,2 ÷ 0,6 mm, chiếm khoảng 0,3 ÷ 0,5 trọng lượng toàn củ Lớp

vỏ gỗ cấu tạo chủ yếu là cellulose và hemicellulose, cho nên mặc dù rất mỏng nhưngcứng và bền Vỏ gỗ có nhiệm vụ bảo vệ củ sắn khỏi tác động của các yếu tố bênngoài gây hư hỏng

Cấu tạo của củ sắn gồm 4 phần chính: + Vỏ thịt (còn gọi là vỏ cùi) nằm trong lớp

vỏ gỗ, có màu trắng, vàng, hoặc hồng tuỳ theo giống và thời gian thu hoạch, vỏ thịtdày 1,5 ÷ 6,0 mm, chiếm khoảng 5 ÷ 7% khối lượng củ sắn Trong vỏ thịt chứakhoảng 2,9 ÷ 3,2% protein, 5 ÷ 8% tinh bột, 2,7 ÷ 3,2 cellulose và là nơi tập trungnhiều nhất glucoxianogenic trong củ sắn: 14,04 ÷ 21,60 mg HCN/100g, ngoài ra còn

có các sắc tố và enzyme

+ Thịt sắn nằm trong lớp vỏ thịt và là phần quan trọng nhất của củ sắn, chiếmkhoảng 90% khối lượng toàn củ Thịt sắn khi mới đào thì có màu trắng, mịn Thànhphần cấu tạo của thịt sắn chủ yếu là tinh bột, ngoài ra còn có một lượng nhỏ làprotein, lipit, các chất khoáng, vitamin, enzyme, khoảng 0,3% ÷ 0,5% nhựa sắn vàmột lượng nhỏ glucoxianogenic Hàm lượng tinh bột trong lớp thịt sắn phân bốkhông đều, lớp thịt càng gần vỏ thịt thì hàm lượng tinh bột càng cao

+ Lõi sắn nằm dọc giữa củ sắn và chiếm khoảng 0,5% khối lượng toàn củ.Thành phần chủ yếu là cellulose, hemicellulose và một lượng glucoxianogenic:12,60 ÷ 15,80 mg% HCN.

Bảng 2.1: Một số chỉ tiêu hoá học trong vỏ lụa sắn

2.3.2 Tình hình cây sắn: [21]

- Sản xuất và tiêu thụ sắn trên thế giới: Sản lượng sắn thế giới đang tăng, cụ thể là

năm 2006 đạt 226,34 triệu tấn củ tươi so với 2005/06 là 211,26 triệu tấn và 1961 là71,26 triệu tấn Nước có sản lượng sắn nhiều nhất thế giới là Nigeria (45,72 triệutấn), kế đến là Thái Lan (22,58 triệu tấn) và Indonesia (19,92 triệu tấn) Việt Namđứng thứ mười trên thế giới về sản lượng sắn (7,71 triệu tấn) Nước có năng suất sắncao nhất hiện nay là Ấn Độ (31,43 tấn/ha), kế đến là Thái Lan (21,09 tấn/ha), so vớinăng suất sắn bình quân của thế giới là 12,16 tấn/ha (FAO, 2008)

- Sản xuất và tiêu thụ sắn tại Việt Nam: [ 22]

+ Ở Việt Nam, sắn là cây lương thực, thức ăn gia súc quan trọng sau lúa và ngô.

Năm 2005, cây sắn có diện tích thu hoạch 432 nghìn ha, năng suất 15,35 tấn/ha, sảnlượng 6,6 triệu tấn, so với cây lúa có diện tích 7.326 ha, năng suất 4,88 tấn/ha, sảnlượng 35,8 triệu tấn, cây ngô có diện tích 995 ha, năng suất 3,51 tấn/ha, sản lượng gầnmột triệu tấn (FAO, 2007) Cây sắn là nguồn thu nhập quan trọng của các hộ nông dânnghèo do sắn dễ trồng, ít kén đất, ít vốn đầu tư, phù hợp sinh thái và điều kiện kinh tế

nông hộ Sắn chủ yếu dùng để bán (48,6%) tiếp đến dùng làm thức ăn gia súc (22,4%),chế biến thủ công (16,8%), chỉ có 12,2% dùng tiêu thụ tươi.

+ Sắn cũng là cây công nghiệp có giá trị xuất khẩu và tiêu thụ trong nước.Sắn là nguyên liệu chính để chế biến bột ngọt, bio - ethanol, mì ăn liền, bánh kẹo,siro, nước giải khát, bao bì, ván ép, phụ gia dược phẩm, màng phủ sinh học và chấtgiữ ẩm cho đất

+ Toàn quốc hiện có trên 60 nhà máy chế biến tinh bột sắn với tổng công suấtkhoảng 3,8 triệu tấn củ tươi/năm và nhiều cơ sở chế biến sắn thủ công rãi rác tại hầuhết các tỉnh trồng sắn Việt Nam hiện sản xuất mỗi năm khoảng 800.000 – 1.200.000tấn tinh bột sắn, trong đó trên 70% xuất khẩu và gần 30% tiêu thụ trong nước Sảnphẩm sắn xuất khẩu của Việt Nam chủ yếu là tinh bột, sắn lát và bột sắn Thị trườngchính là Trung Quốc, Đài Loan, Nhật Bản, Singapo, Hàn Quốc Đầu tư nhà máy chếbiến bio - etanol là một hướng lớn triển vọng

+ Sản xuất lương thực là ngành trọng tâm và có thế mạnh của Việt Nam tầmnhìn đến năm 2020 Việt Nam có chủ trương đẩy mạnh sản xuất lúa, ngô và coitrọng việc sản xuất sắn, khoai lang ở những vùng, những vụ có điều kiện phát triển.Thị trường xuất khẩu sắn lát và tinh bột sắn Việt Nam dự báo thuận lợi và có lợi thếcạnh tranh cao do có nhu cầu cao về chế biến bioethanol, bột ngọt, thức ăn gia súc

2.2.3 Tình hình ô nhiễm ở nhà máy tinh bột sắn:

Nhà máy tinh bột sắn chỉ sử dụng phần lõi của củ sắn để sản xuất tinh bột, phần vỏlụa sẽ được thải ra ngoài Phần thải này nếu không được xử lý đúng cách sẽ gây ratình trạng ô nhiễm trầm trọng

Nhà máy tinh bột sắn Quảng Nam với công suất thiết kế 60 tấn tinh bột sắn/ngày sẽthải ra môi trường một lượng vỏ lụa sắn rất lớn Lượng chất thải này vừa gây mùihôi thối vừa làm ô nhiếm nguồn nước, gây ảnh hưởng đến cuộc sống cũng như sứckhỏe cho 287 hộ, 1235 nhân khẩu ở đây

Chương 3: CHỌN VÀ THUYẾT MINH DÂY CHUYỀN CÔNG NGHỆ3.1 Chọn dây chuyền công nghệ:

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

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

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

- Lượng enzyme được tạo thành từ nuôi cấy bề mặt thường cao hơn 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

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

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

Vì vậy tôi sẽ chọn phương pháp nuôi cấy bề mặt trên môi trường bán rắn với dâychuyền công nghệ như sau:

Khoáng chất

Vỏ sắn khô

Trấu

Phối trộnW:60%

Thanh trùng

1400C

Giống Aspergillus niger

Nhân giống sản xuất Làm nguội33 - 340C

Thanh trùng khayPhân phối vào khay nuôi

Nuôi cấy 28 – 320C

Thu nhận chế phẩm (W: 60%) enzyme

Phân loại, làm sạch

Định lượngNghiền, định lượng

Làm sạch, định lượng

Bao gói

Bao gói

Nước

3.2 Thuyết minh dây chuyền công nghệ:

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

Trong quá trình nghiền bột vỏ sắn 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 đựơc 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: Bổ sung trấu với mục đích tạo độ tơi xốp và tránh nguyên liệu bịkết 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 ngô:

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

- Cách tiến hành: Hỗn hợp bột sắn, trấu, nước, muối khoáng và các chất dinhduỡng 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%

- Mục đích: Làm nguội gần đền 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

3.2.5 Nhân giống sản xuất:

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

Thành phần môi trường thạch sapec:

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 mặttrải qua các giai đoạn sau:

- Giai đoạn 1:

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

+ Nhiệt độ tăng chậm

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

+ Thành phần dinh dưỡng bắt đầu có sự thay đổi

+ Khối môi trường còn rời rạc

+ Enzyme mới bắt đầu hình thành

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

để nhiệt độ cao hơn 300C vì thời kỳ này giống rất mẫn cảm với nhiệt độ

+ 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.

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

sử dụng 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

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

-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

Chương 4 TÍNH CÂN BẰNG VẬT CHẤT

Số liệu ban đầu:

- Năng suất Enzyme thô đạt 18000 kg sản phẩm/ngày

- 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:

Bảng 4.1 Bảng tỉ lệ hao hụt qua các công đoạn

4.1.1 Dây chuyền sản xuất sản phẩm enzyme thô:

Năng suất sản phẩm theo enzyme thô đạt 18000kg/ngày

1,018018,018× = (kg/ngày)

4.2.1.2 Nghiền:

Tỉ lệ hao hụt 2%

Lượng canh trường nấm mốc trước công đoạn nghiền:

18385,7322

218385,732× = (kg/ngày)

4.1.1.3 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: [VII.18, tr 102, 7]

42212,141

)2100()60100(

100)10100(

844,242100

242212,141× = (kg/ngày)Lượng sản phẩm enzyme thô chiếm 40% tổng lượng chế phẩm thu được nên:Lượng chế phẩm thu được từ lên men:

105530,35340

,0100

100353

5,0106060,656× = (kg/ngày)

4.2.2.2 Nuôi cấy:

Tỉ lệ hao hụt 0,5%

Lượng canh trường nấm mốc trước khi nuôi cấy:

624,1065935

,0100

5,0624,

,0100

5,0107129,271× = (kg/ngày)

4.2.2.4 Gieo giống

Tỉ lệ hao hụt 0,1%

Lượng môi trường trước khi gieo giống:

507,1072361

,0100

1,0107236,507× = (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:

318,1081018

,0100

8,0108101,318× = (kg/ngày)

4.2.2.6 Thanh trùng:

Tỉ lệ hao hụt 1%

Lượng môi trường nuôi cấy trước công đoạn này là:

250,1091931

1250,

Lượng hao hụt:

433,2228100

2111421,684× = (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

+ Bột vỏ sắn : 15%

+ Bột ngô : 15%

+ Trấu : 5%

Độ ẩm sau khi phối trộn là 60%

Lượng nguyên liệu là:

)15100(100

)60100(60

)60100(20

)60100(6,19

)60100(05,0

)60100(2,0

)60100(15,0

332433,237× = (kg/ngày)

4.2.3.2 Phân loại, làm sạch

Tỉ lệ hao hụt 3%

Lượng vỏ sắn trước công đoạn này:

33436,3273

333436,327× = (kg/ngày)

4.2.4 Dây chuyền sản xuất bột ngô:

310811,079× = (kg/ngày)

4.2.5 Dây chuyền gia công trấu:

2878,

100284

,

−

Lượng hao hụt:

011,0100

05,0295,

4.2.6.2 KH 2 PO 4 :

Lượng KH2PO4 trước khi định lượng:

181,8905,0100

05,0181,

4.2.6.3 NH 4 NO 3 :

Lượng NH4NO3 trước khi định lượng:

866,6605,0100

05,0866,

4.2.7 Dây chuyền sản xuất enzyme kỹ thuật:

Dây chuyền làm enzyme kỹ thuật sử dụng 60% lượng chế phẩm thô sau khinuôi cấy

Lượng chế phẩm thô đưa vào dây chuyền này là:

63318,212100

60353,

4.2.7.1 Nghiền:

Lượng chế phẩm sau công đoạn nghiền:

847,62051100

2100

Lượng hao hụt:

1241,036100

Lượng chất khô trước khi trích ly:

739,24820100

)60100(847,

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

Khối lượng chất khô được trích ly:

2100

Lượng chất khô hao hụt:

38,918100

2

Thể tích dịch enzyme là:

194594,59410

10001945,945

2100945,

Lượng chất khô hao hụt:

140,38100

2027,

Cô đặc đến nồng độ 25g/l

Thể tích dịch enzyme lúc này là:

76281,08125

10001907,027

=

×

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

1144,2161907,027

76281,081

Lượng enzyme kỹ thuật thu được:

Sau khi sấy độ ẩm đạt 10%

464,3322)

10100(100

100)2100(243,

2464,

4.2.7.5 Bao gói:

Lượng sản phẩm sau công đoạn này:

142,3319100

)1,0100(464

,

Lượng hao hụt:

319,3100

1,0142,

3319 × = (kg/ngày)

4.2 8 Lượng nước cần dùng cho cả dây chuyền:

4.2.8.1 Lượng nước cần cho phối trộn:

%100m

mW

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:

Bột sắn: 15 %

Bột ngô: 15%

Trấu: 5 %

Từ (1) ta có:

4719,036100

1531460,240× =

=

nsan

1573,012100

1510486,746× =

6011144,684

Vậy lượng nước cần phối trộn là:

60101,2016751,809

4.2.7.2 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:

100

60100

Vn = 60221+ 186528 = 246749 (lít/ngày)

4.2.8 Môi trường nhân giống:

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

Khối lượng môi trường nhân giống:

Vậy lượng sản phẩm thô là: 18000 (kg/ngày) Lượng sản phẩm enzyme kỹthuật là: 3322,464 (kg/ngày)

Bảng 4.2 Bảng tổng kết

Công đoạn

Lượng hao hụt

Năng suất công đoạn Đơn vị

Đưa canh trường vào thiết bị 535,646 107129,271 Kg/ngày

Dây chuyền gia công bột vỏ sắn

Dây chuyền sản xuất bột ngô

Nghiền, định lượng 324,332 10811,079 Kg/ngày

Dây chuyền gia công trấu

Dây chuyền sản xuất chế phẩm kỹ thuật

Nhu cầu nguyên liệu dùng trong ngày

Số thiết bị được tính theo công thức:

Năng suất thiết kế

Năng suất thiết bị

5.1 Máy phân loại vỏ lụa sắn: [ Tr 77, 3]

Bộ phận hoạt động chính của máy này là sàng đục lỗ, nó được lắp nghiêng cốđịnh trong hộp so với mặt phẳng nằm ngang một góc là 20 Dưới đáy hộp có mộttrục lệch tâm, khi trục lệch tâm quay sẽ làm cho hộp và sàng chuyển động dao động

Nguyên tắc hoạt động: Nguyên liệu có kích thước chưa đúng quy định sẽ

được đưa vào túi nhận và do chuyển động dao động của sàng , nguyên liệu chuyển

n =

động dọc theo bề mặt của nó Những nguyên liệu có kích thước đúng quy định sẽ rơixuống sàng dưới sau đó được chuyển vào kho nguyên liệu Những nguyên liệu chưalọt qua sàng đầu tiên sẽ được tiếp tục nghiền lại.

Chọn Máy phân loại có sàng lắc dạng mặt phẳng CЩ-60

237,32433

004,47

=

=

n

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

Hình 5.1 Máy phân loại vỏ sắn

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, 3]

Nguyên tắc hoạt động: Trong thời gian hoạt động của roto, dưới tác dụng của

các búa được gá lắp theo hướng tâm, nguyên liệu từ phễu tiếp liệu rơi vào các búa bịphá hủy thành những mảnh vụn Khi va đập với tấm sắt các mảnh vụn lại nẩy lên vàmột lần nữa lại rơi vào búa Vật liệu được nghiền qua lỗ sàng, còn những mảnh lớnđược giữ lại trên sàng và chuyển vào vùng nghiền Mức độ nghiền của vật liệu phụthuộc vào kích thước lỗ sàng

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

Công suất động cơ : 13 Kw

Kích thước cơ bản : 1178 × 1035 × 1066 mm

Bề mặt trao đổi nhiệt : 0,3m2

Chọn máy nghiền:

- Máy nghiền để gia công vỏ lụa sắn:

Lượng vỏ sắn cần nghiền: 32433,237 kg/ngày

Số lượng thiết bị cần dùng:

930,116800

237,32433

=

=

n

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

- Máy nghiền để gia công ngô:

Lượng ngô cần nghiền: 10811,079 kg/ngày

Số lượng máy nghiền cần dùng:

643,016800

079,10811

=

=

n

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

- Máy nghiền cho dây chuyền sản xuất enzyme thô:

Lượng chế phẩm cần nghiền: 18385,732 kg/ngày

Số lượng máy nghiền cần dùng:

094,116800

732,18385

=

=

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: 62051,847 kg/ngày

Số lượng máy nghiền cần dùng:

693,316800