THIẾT KẾ PHÂN XƯỞNG SẢN XUẤT ACID GLUTAMIC TINH THỂ BẰNG PHƯƠNG PHÁP LÊN MEN TỪ RỈ ĐƯỜNG VÀ TINH BỘT

Với sự tiến bộ của khoa học kỹ thuật, ngành công nghiệplên men càng ngày phát triển, với các thiết bị máy móc hiện đại đã và đang đạt đượcnhững thành tựu to lớn, với sự đảm bảo về số

TRƯỜNG CAO ĐẲNG CÔNG NGHỆ Độc lập – Tự do – Hạnh phúc

KHOA: CÔNG NGHỆ HÓA HỌC

BỘ MÔN:CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM

NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỔNG HỢP

Họ và tên sinh viên: …Phan Thị Như Quỳnh………

Lớp: ………13HTP2… Ngành: ………Công nghệ hóa thực phẩm ………

1 Tên đề tài

THIẾT KẾ PHÂN XƯỞNG SẢN XUẤT ACID GLUTAMIC TINH THỂ BẰNG PHƯƠNG PHÁP LÊN MEN TỪ RỈ ĐƯỜNG VÀ TINH BỘT

2 Các số liệu ban đầu

-Năng suất 10.000 lít rỉ đường/ ngày

-Tỉ lệ rỉ đường và tinh bột đã xử lý đưa vào pha dịch lên men là 45%:55%

3 Nội dung phần thuyết minh và tính toán:

Chương 1 Giới thiệu

Chương 2 Tổng quan tài liệu

Chương 3 Phương pháp luận

Chương 4 Kết quả và thảo luận

5 Cán bộ hướng dẫn: ThS Trần Thị Kim Hồng

6 Ngày giao đề tài:29/01/2016

7 Ngày hoàn thành đề tài:2/06/2016

Thông qua bộ môn

hiểu, tính toán dựa trên các tài liệu tham khảo từ các giáo trình, vận dụng kiến thứctrong quá trình học tập đặc biệt là sự hướng dẫn tận tình của giảng viên: Th.s TrầnThị Kim Hồng cùng các thầy cô trong khoa Công Nghệ Hóa Học Nội dung của bài

đồ án không sao chép của bất kỳ bài đồ án nào, thông tin lấy từ các trang wed chínhthống

nhau trong đó có sự phát triển mạnh của ngành công nghiệp thực phẩm Ngànhcông nghiệp lên men là ngành đóng vai trò quan trọng trong sự phát triển kinh tế,góp phần cung cấp thực phẩm cho đất nước và là nguyên liệu dồi dào cho một sốngành công nghiệp khác Với sự tiến bộ của khoa học kỹ thuật, ngành công nghiệplên men càng ngày phát triển, với các thiết bị máy móc hiện đại đã và đang đạt đượcnhững thành tựu to lớn, với sự đảm bảo về số lượng và chất lượng tốt.

Acid amin là 1 thành phần rất cần thiết cho cơ thể Thiếu một số aci amin lànguyên nhân gây nên bệnh tật hay suy giảm sức khỏe Acid glutamic là một loạiquan trọng như thế đối với cơ thể, là một loại acid amin tham gia vào việc cấu tạonên protein của cơ thể Trong 20 loại acid amin trong cơ thể thì acid glutamic thuộcloại acid amin thay thế nghĩa là cơ thể có thể tổng hợp được và có công thức

C5H9NO4 [11]

Acid glutamic có vai trò quan trọng trong nhiều ngành như y học, sinh học vàthực phẩm Đối với ngành thực phẩm nó là nguồn nguyên liệu chủ yếu sản xuất bộtngọt và một số chất điều vị khác, nó tạo ra hương vị làm thức ăn thêm ngon hơn.Sản xuất acid glutamic là ngành cần thiết, quan trọng cho ngành công nghiệp chếbiến thực phẩm, dược phẩm và ngành công nghiệp nói chung

Với vai trò quan trọng của acid glutamic trong công nghiệp thực phẩm và cácngành công nghiệp khác, để đáp ứng nhu cầu của người tiêu dùng trong nước cũng

như quốc tế, nên em chọn đề tài” Thiết kế phân xưởng sản xuất acid glutamic tinh thể bằng phương pháp lên men với năng suất 10000 lít rỉ đường/ ngày.”

chính bản thân em, và hơn nữa là sự quan tâm giúp đỡ nhiệt tình của các thầy cô vàcác bạn.

Trong quá trình làm và hoàn thành đồ án tốt nghiệp em đã có rất nhiều thắc mắcvề đồ án của mình Được sự chỉ dẫn nhiệt tình của cô Trần Thị Kim Hồng em đãhoàn thành được tập đồ án tốt nghiệp và đúng thời gian quy định Em xin chânthành cảm ơn sâu sắc đến Cô Trần Thị Kim Hồng đã hướng dẫn tận tình, chu đáo vàtạo điều kiện trong suốt thời gian qua

Em xin gởi lời cảm ơn đến các thầy cô trong bộ môn khoa Hóa nói riêng và thầy

cô trường Cao Đẳng Công Nghệ nói chung đã dạy bảo, giúp đỡ, dìu dắt em trongsuốt những năm học vừa qua, cho em những nền tảng kiến thức ban đầu vững chắc

để có thể hoàn thành tốt đề tài tốt nghiệp của mình và tiếp thu những kiến thức mớicho công việc sau này

Cuối cùng, em xin gởi lời cảm ơn đến người thân, bạn bè đã luôn giúp đỡ emtrong suốt quá trình hoàn thành đề tài tốt nghiệp của mình

Đà Nẵng, ngày 02/ 06 /2016

Sinh viên thực hiện

Phan Thị Như Quỳnh

LỜI CAM ĐOAN

TÓM TẮT

LỜI CẢM ƠN

DANH MỤC

DANH MỤCDANH MỤC CÁC BẢNG

Số hiệu hình vẽ Tên hình vẽ Trang

3.16 Thiết bị trung hòa 49

CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU

1.1 NỘI DUNG VÀ MỤC ĐÍCH ĐỀ TÀI

Nước ta nằm trong vùng khí hậu nhiệt đới gió mùa, với khí hậu trên có nhiềuloại cây phù hợp với điều kiện phát triển và mang lại năng suất cao Trong đó câysắn và cây mía với việc thâm canh và chăm sóc dễ dàng, ít tốn kém về nguyên liệu

và phân bón nhưng mang lại năng suất cao Cây sắn và cây mía chủ yếu được trồng

ở khu vực miền trung và tây nguyên Cây sắn và cây mía là những nguyên liệu quantrọng trong việc sản xuất acid glutamic Acid glutamic có vai trò quan trọng trongngành y học, sinh học và thực phẩm Đây là nguồn nguyên liệu chủ yếu sản xuất bộtngọt và một số chất điều vị khác, mục đích của nó là tạo hương vị làm thức ăn thêmngon hơn Với những vai trò đó cho ta thấy được tầm quan trọng cây sắn và câymía, với nguồn nguyên liệu dồi dào dễ tìm mà giá lại rẻ.[10]

Dựa vào quy trình và phần thuyết minh để tính toán khối lượng nguyên liệu cầndùng qua mỗi công đoạn từ số liệu ban đầu đã cho Từ kết quả trên ta tính cho phầnlựa chon thiết bị, phần này rất quan trọng ví sau khi tính và chọn thiết bị xong ta sẽlựa chon thiết bị nào phù hợp với phân xưởng cần thiết kế Để có thể xây dựng mộtphân xưởng cần có các bản vẽ mặt như mạt bằng phân xưởng chính, mặt cắt AA,mặt cắt BB

1.2 THỜI GIAN THỰC HIỆN

Nhận đề tài: 29/01/2016

Ngày hoàn thành đề tài: 02/06/2016

1.3 PHẠM VI ĐỀ TÀI.

Tìm hiểu tổng quan về nguyên liệu tinh bột và rỉ đường và các chất bổ sung, từ

đó tìm hiểu về quy trình sản xuất, tính cân bằng vật liệu, tính và chọn thiết bị chophân xưởng

CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN VỀ TÀI LIỆU

2.1 GIỚI THIỆU VỀ ACID GLUTAMIC [1], [3], [5]

2.1.1 Khái niệm

Acid glutamic là mộtt axit amin công nghiệp quan trọng có công thức hóa học

là C5H9O4N [5]

Thuộc loại axit amin có chứa một nhóm amin và 2 nhóm cacbonxylic:

L-AG hòa tan trong H2O tạo dung dịch có tính axit, làm quỳ tím hóa đỏ

Công thức cấu tạo: HOOC – CH2 – CH2 –CH – COOH

|

NH2

Trong những năm gần đây, việc nghiên cứu axit glutamic (L-AG) được đẩymạnh nhất Càng ngày ta càng sử dụng nhiều L-AG trong việc nâng cao sức khỏe vàđiều trị một số bệnh của con người

Axít L-glutamic (thường gọi là Axít glutamic) là những tinh thể không màu, íttan trong nước, etanol, không tan trong ete, axeton [5]

L-AG có vị ngọt của thịt

+ Trọng lượng phân tử: 137

+ Nhiệt độ phân hủy: 247 ÷ 2490C

+ Thăng hoa: 2000C

+ Độ quậy cực riêng với tia D ở 220 C,310 C

+ Độ tan: tan ít trong H2O [1]

2.1.2 Vai trò của acid glutamic

Trong những năm gần đây, sử dụng nhiều acid glutamic trong việc nâng caosức khỏe và điều trị một số bệnh của con người việc xây dựng protit, xây dựng cáccấu tử của tế bào

Acid glutamic có thể đảm bảo nhiệm chức năng tổng hợp nên các amino acidkhác như alanin, losin, cystein nó tham gia vào phản ứng chuyển amin, giúp cho

cơ thể tiêu hóa nhóm amin và tách NH3 ra khỏi cơ thể Nó chiếm phần lớn thànhphần protit và phần xám của não, đóng vai trò quan trọng trong các biến đổi sinhhóa ở hệ thần kinh trung ương, vì vậy trong y học còn sử dụng acid glutamic trongtrường hợp suy nhược hệ thần kinh nặng, mỏi mệt, mất trí nhớ, sự đầu độc NH3 vào

cơ thể, một số bệnh về tim, bệnh teo bắp thịt [9]

Acid glutamic dùng làm thuốc chữa các bệnh thần kinh và tâm thần, bệnh chậmphát triển trí óc ở trẻ em, bệnh bại liệt, bệnh hôn mê gan

Acid glutamic phân bố rộng rãi trong tự nhiên dưới dạng hợp chất và dạng tự

do, có trong thành phần cấu tạo của protein động vật Trong mô acid glutamic tạothành từ NH3 và acid α-xetoglutaric Trong sinh vật đặc biệt là vi sinh vật, acidglutamic được tổng hợp theo con đường lên men từ nguồn cacbon [1], [9]

2.2 NGUYÊN LIỆU SẢN XUẤT ACID GLUTAMIC [5]

Nguyên liệu giàu gluxit: tinh bột, rỉ đường, glucoza

2.2.1 Rỉ đường mía.[5]

Hình 2.1 Rỉ đường [3].

Rỉ đường là phần còn lại của dung dịch đường sau khi đã tách phần đường kếttinh Số lượng và chất lượng của rỉ đường phụ thuộc vào giống mía, điều kiện trồngtrọt, hoàn cảnh địa lý và trình độ kỹ thuật chế biến của nhà máy đường

Thành phần chính của rỉ đường là: đường 62%; các chất phi đường 10%; nước20%.

Nước trong rỉ đường gồm phần lớn ở trạng thái tự do và một số ít ở trạng tháiliên kết dưới dạng hydrat

Đường trong rỉ đường bao gồm: 25 ÷ 40% saccaroza; 15 ÷ 25% đường khử(glucoza và fructoza); 3 ÷ 5% đường không lên men được

Ở đây do nhiều lần pha loãng và cô đặc một lượng nhất định sacaroza bị biếnthành chất tương tự như dextrin do tác dụng của nhiệt Chất này có tính khử nhưngkhông lên men được và không có khả năng kết tinh.Đường nghịch đảo của rỉ đườngbắt nguồn từ mía và từ sự thủy phân saccaroza trong quá trình chế biến đường Tốc

độ phân giải tăng lên theo chiều tăng của nhiệt độ và độ giảm hay tăng của pH tùytheo thủy phân băng kiềm hay axit

Sự phân giải saccaroza thành glucoza và fructoza vừa là sự mất mát saccarozavừa là sự yếu kém về chất lượng bởi vì glucoza và fructoza sẽ biến thành axit hữu

cơ và hợp chât màu dưới điều kiện thích hợp Trong môi trường kiềm, fructoza cóthể biến thành axit lactic, fufurol, oxymetyl, trioxyglutaric, trioxybutyric, axetic,formic và CO2 Đường nghịch đảo có thể tác dụng với axit amin, pectit bậc thấp củadung dịch đường để tạo nên hợp chất màu Tốc độ tạo melanoidin phụ thuộc vào rỉđường rất thấp ở pH = 4,9 và rỉ đường rất cao ở pH = 9 Trong rỉ đường còn cótrisacarit hay polysacarit Trisacarit gồm có một mol glucoza và 2 mol fructoza.Polysacarit gồm dextran và levan Những loại đường này không có trong nước mía

và được các vi sinh vật tạo nên trong quá trình chế biến đường

2.2.2 Tinh bột sắn

Hình 2.2 Tinh bột sắn[3]

Tinh bột sắn được sản xuất trong quá trình chế biến củ sắn Có hai loại sắn: sắnđắng và sắn ngọt khác nhau về hàm lượng tinh bột và xyanua Sắn đắng có nhiềutinh bột hơn nhưng đồng thời có nhiều xyanhydric, khoảng 200 ÷ 300 mg/kg Sắnngọt có ít xyanhydric (HCN) và được dùng làm lương thực, thực phẩm Sắn trồng ởcác tỉnh phía bắc chủ yếu là sắn ngọt và tinh bột thu được không có HCN

Thành phần hoá học của tinh bột sắn phụ thuộc chủ yếu vào trình độ kỹ thuậtchế biến sắn Tinh bột sắn thường có các thành phần sau:

Cũng như các loại tinh bột khác tinh bột sắn gồm các mạch amilopectin vàamiloza, tỉ lệ amilopectin và amiloza là 4: 1 Nhiệt độ hồ hóa của tinh bột sắn nằmtrong khoảng 60 ÷ 800 C.

2.3 CÁC PHƯƠNG PHÁP LÊN MEN ACID GLUTAMIC [3]

Sản xuất acid glutamic bằng phương pháp lên men ngưới ta sử dụng 2 phươngpháp là lên men ( gián đoạn) và lên men trực tiếp

2.3.1 Phương pháp lên men hai giai đoạn

Nguyên tắc của phương pháp là đầu tiên tạo ra α- Ketoglutaric bằng các kĩthuật vi sinh như nuôi cấy vi sinh vật Sau đó chuyển hóa α- Ketoglutaric thành acidglutamic nhờ enzim aminotransferase và glutamadehydrogenase

Giai đoạn chuyển từ α- Ketoglutaric thành acid glutamic có thể sử dụng nhiều

chủng khác nhau như Pseudomonas, Xantonomas Ervinia, Bacillus,Micrococus.

Với môi trường cho trước cho phép ta tạo ra acid glutamic mà không tích lũy acidα- Ketoglutaric lượng lớn trong môi trường [1], [8]

Quá trình chuyển hóa acid glutamic được thực hiện qua 2 kiểu phản ứng sau; + chuyển amin:

Acid α- Ketoglutaric + acid amin L- glutamic + acid xetonic + Amin hóa khử

α- Ketoglutaric + NH4 + NADH +H+(NADH+H+) L- glutamic +

H2O + NADP+(NAD+)

Enzim aminotransferase được lấy từ dịch nuôi cấy các vi khuẩn thối rữa như

Flavobacterium, Achromobacter, Micrococus

Nhược điểm của phương pháp này là dùng quá nhiều enzim và acid amin làmnguồn amin cho phản ứng dây chuyền nên ít được dùng trong công nghiệp [7]

2.3.2 Phương pháp lên men trực tiếp

Nguyên tắc của phương pháp này là sản xuất L- glutamic ngay trong dịch nuôicấy bằng một loại vi sinh vật duy nhất Các sinh vật này đều có hệ enzim đặc biệt

có thể chuyển tiếp đường và NH3 thành acid glutamic trong môi trường [8]

• Ưu điểm

+ Sử dụng đường làm nguyên liệu có hiệu suất cao

+ Nguyên liệu sử dụng rẻ tiền, dễ kiếm

+ Nguyên liệu chứa đầy đủ các thành phần dinh dưỡng cho quá trình lên men [6]

2.4 CÁC SẢN PHẨM CỦA QUÁ TRÌNH LÊN MEN [5]

2.4.1 Sản phẩm chính

Phương trình tổng quát của quá trình tạo acid glutamic từ glucoza hay axetat

và NH3 được biểu diễn như sau:

Glucoza + NH3 + 1,5O2 Acid glutamic + CO2 + 3H2O Axetat + NH3 +1,5O2 Acid glutamic + CO2 + 3H2O Sản phẩm chính là acid glutamic và CO2 Ở đây theo lý thuyết hiệu suất chuyểnhóa glucoza hay axetat thành acid glutamic đều là 81,66% nhưng ngày nay tùy theođiều kiện sản xuất và phương thức lên men hiệu suất chuyển hóa chỉ là 45-50%trong sản xuất và 55-57% giống tự nhiên hay 61-62% từ giống đột biết trong nghiêncứu ở phòng thí nghiệm [2], [6]

2.4.2 Sản phẩm phụ

a Acid lactic

Trong điều kiện tối ưu, acid glutamic sinh ra là chủ yếu Nếu chệch khỏi điều

kiện này thì Corynebacterium glutamicum sẽ tạo axit lactic thay vì tạo axit

glutamic Có hai lý do cơ bản là quá dư thừa biotin hặc quá ít oxy hòa tan Đôi khi

sự thay đỏi nhiệt độ đột ngột từ 30-370C cũng dẫn tới việc biến quá trình lên men

acid glutamic thành quá trình lên men acid lactic như đã xảy ra với B.divaricatum.

[5]

b Acid sucxinic: Cũng được tạo ra nhiều khi môi trường thừa biotin hoặc

thiếu oxy hòa tan [3], [6]

c Acid α-xetoglutaric

Mọi qúa trình sinh tổng hợp đều có phản ứng tạo acid glutamic từ xetoglutaric nhờ xúc tác của hai hệ thống enzim transaminaza và acid glutamic-dehyrogenaza Phản ứng này thực hiện được hoàn toàn khi môi trường có dư NH4+

α-và pH từ trung tính đến kiềm yếu Nếu môi trường thiếu NH4 và pH ở phạm vi acidyếu thì phản ứng trên không thực hiện được và α-xetoglutaric bị tích tụ ngày mộtnhiều trong môi trường thay vì acid glutamic [1]

d Sản phẩm khác: glutamin, alanin,L- acetylglutamin, aspatic

2.5 CHỦNG VI SINH VẬT [3]

Các chủng sản xuất axit glutamic thuộc những nhóm phân loại rất khác nhaunhư vi khuẩn Streptomyces, nấm men và nấm mốc

Các chủng Corynebacterrium glutamicum (Micrococcus glutamic) loại vi

khuẩn này đã được nhà vi sinh vật Nhật Bản là Kinosita phát hiện từ năm 1957 docông ty Kyowa Hakko đưa vào sản xuất Các chủng quan trọng khác trong công

nghiệp choít nhất 30g/l thuộc các chi Corynebacterium, Brevibacterium, Microbacterrium, hoặc Athrobacter.

Corynebacterium glutamicum không bị giới hạn bởi nồng độ biotin vì giống

này có khả năng sinh tổng hợp axit glutamic cao và không bị khống chế bởi nồng

độ biotin

Đặc điểm:Gram(+), que ngắn, không vận động, hình chữ V hoặc song songtừng đôi một, chiều dài từ 0,8-1µm, rộng 1-3µm Khuẩn lạc dày trọn và nhô lênkhỏi mặt thạch, thuộc vi khuẩn hiếu khí Sống ở nhiệt độ thích hợp là 30-32oC trong

48 giờ [7]

Hình 2.3 Vi khuẩn Corynebacterium glutamicum[7]

2.6 CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN SỰ HÌNH THÀNH AXIT

GLUTAMIC [5]

2.6.1 Nguồn cacbon.

Nguồn cacbon cung cấp chẳng những các đơn vị bộ khung cacbon của Axitglutamic mà còn cung cấp năng lượng cần thiết cho quá trình sinh tổng hợp củachúng Có bốn dạng nguồn cacbon đã được dùng để lên men axit glutamic Đó làcacbon hydrat, cacbua hydro, cồn và axit hữu cơ Trong đó cacbon hydrat đượcdùng rộng rãi nhất

Nồng độ cơ chất ảnh hưởng rất lớn đến hiệu suất sinh tổng hợp axit glutamic.Kinato và các cộng sự đã khảo sát rất kỹ vấn đề này Các tác giả chỉ ra rằng trongphạm từ 10 ÷ 21%, nồng độ glucoza càng cao, hiệu suất lên men axit glutamic càngthấp, hàm lượng axit glutamic nội bào càng cao, hoạt lực các enzim cần cho oxyhoá glucoza và α-xetoglutaric decacboxylaza càng cao

2.6.2 Nguồn nitơ.

Cung cấp nitơ cho quá trình lên men axit glutamic là rất quan trọng bởi vì nitơcần cho việc tổng hợp protein tế bào và chiếm tới 9,5% trọng lượng phân tử axitglutamic Người ta thưòng dùng các loại muối chứa NH4 như NH4Cl, (NH4)2SO4,(NH4)2HPO4, NH4H2PO4, NH4OH hay khí NH3 hoặc urê làm nguồn cung cấpcacbon

2.6.3 Nguồn muối vô cơ khác.

Các ion vô cơ cần ch sinh trưởng và tích luỹaxit glutamic Sự có mặt của cácion sau đây là cần thiết: K+

, Mg+2 , Fe+2 , Mn2+

, SO4+2, PO4+3 Liều lượng thường đượcdùng như sau:

2.6.4 Nguồn các chất điều hoà sinh trưởng.

Chất điều hoà sinh trưởng quan trọng bậc nhất trong môi trường lên men axitglutamic nhờ các giống thiên nhiên là biotin Để có hiệu suất lên men cao nồng độbiotin phải nhỏ hơn nồng độ tối ưu cần thiết cho sinh trưởng Nồng độ biotin thíchhợp nhất cho việc sinh tổng hợp axit glutamic là 2 ÷ 5 μg/l môi trường Biotin quyếtđịnh sự tăng trưởng tế bào, quyết định cấu trúc màng tế bào, cho phép axit glutamicthấm ra ngoài môi trường hay không và có vai trò quan trọng trong cơ chế oxy hoá

cơ chất tạo nên axit glutamic

2.6.5 Ảnh hưởng của pH.

pH tối ưu cho sinh trưởng và tạo axit glutamic của vi khuẩn sinh axit glutamic

là trung tính hoặc kiềm yếu ở pH = 6,7÷8 Trong suốt quá trình lên men môi trườngluôn có xu hướng trở nên axit do sự hình thành axit glutamic và các axit hữu cơkhác gây nên Do đó liên tục bổ sung NH+ để thực hiện hai chức năng cơ bản làđiều chỉnh pH và cung cấp NH3 cho việc tổng hợp phân tử axit glutamic Nguồn

NH4+ sử dụng phổ biến là: urê, nước NH3, khí NH3, NH4Cl,

2.6.6 Ảnh hưởng của nhiệt độ.

Nhiệt độ thích hợp nhất cho quá trình lên men là 26 ÷ 37 0C, trong thực tế lênmen giai đoạn đầu ở 30 ÷ 32 0C và giai đoạn cuối là 36 ÷ 37 0C

2.6.7 Ảnh hưởng của sự cung cấp oxy và khuấy trộn.

Sự cung cấp oxy và khuấy trong khi lên men có ý nghĩa vô cùng quan trọng Nónhằm hai mục đích: Thứ nhất duy trì nồng độ oxy hoà tan ở mức trên giá trị tới hạn;Thứ hai khống chế nồng độ CO2 ảnh hưởng rất lớn tới sinh trưởng và tích luỹ axitglutamic của vi khuẩn

CHƯƠNG 3: PHƯƠNG PHÁP LUẬN

HCLThủy

Lọc

3.1.1 Thuyết minh quy trình công nghệ

3.1.1.1 Xử lý nguyên liệu rỉ đường

 Nguyên liệu rỉ đường [8]

Na2CO3,than hoạttính

TrunghòaPha loãng

K2HPO4 0,15%MgSO4 0,075%MnSO4 2%Ure 2,2%Cao ngô 0,5%

Pha chế dịch lên menThanh trùng(1100C, 10phút)Làm nguộiGiống gốc

Ure 1,8%

Dầu lạc

Lên menpH=8

Nhân giống

cấp I

Nhângiống cấp

Pha loãng

Bình trao đổi ionpH=8Kết tinhSấy Tinh thể acid glutamic

Bao gói

Bảo quản

Rỉ đường mía là phần còn lại của dung dịch đường sau khi đã tách phần đườngkính kết tinh Hàm lượng đường trong mật mía là:

Sau thời gian lưu khoảng 60h để tinh thể CaSO4 có kích thước lớn, đem ly tâmhỗn hợp sau xử lý để phân tách hai thành phần: Phần lỏng được đưa vào bồn đểthực hiện tiếp quá trình xử lý trước khi tiến hành lên men, phần rắn gồm CaSO4,

K2SO4, CaK2(SO4)2 tiếp tục lọc lần hai để thu dịch lỏng còn phần rắn được cung cấpcho nhà máy phân bón

Mục đích của lọc là loại bỏ kết tủa và các chất cặn lắng

Sau khi rỉ đường được xử lý và lọc cần pha loãng dịch đường đến nồng độ 14% Sau đó mới tiến hành pha chế để lên men

Hình 3.2 Thiết bị thủy phân tinh bột [6]

c Trung hòa

Mục đích: Nhằm trung hòa lượng acid dư và diều chỉnh pH của dịch thủy phân

để đạt pH=4,8 Cho than hoạt tính vào để tẩy màu và giúp cho quá trình dễ dànghơn

Thiết bị : Dùng thiết bị trung hòa

Tiến hành: Dùng NaCO3 trung hòa

Hình 3.3 Thiêt bị ép lọc kiểu phòng [13]

3.1.1.3 Pha chế dịch lên men [6]

Mục đích: Tạo ra hỗn hợp môi trường cho vi sinh vật sử dụng trong quá trìnhlên men tạo sinh khối

Tiến hành: Phối trộn giữa dịch thuỷ phân tinh bột và dịch rỉ đường đã phaloãng Ngoài ra còn bổ sung thêm các chất sau:[7]

độ thích hợp với vi sinh vật để lên men

Thanh trùng: Dịch được bơm ngược chiều với hơi nước, để tạo ra quá trình traođổi nhiệt.Thanh trùng ở 1150C trong thời gian 20phút rồi được làm nguội nhiệt độcủa dịch lên men xuống 30÷

320C [5], [8]

3.1.1.5 Nhân giống [7]

Mục đích là tạo ra đủ số lượng giống cần thiết cho quá trình lên men

Quá trình nhân giống được tiến hành qua các bước sau: [7]

Giống gốc hoạt hóa bình tam giác, lắc nuôi trong bình tam giác(giốngcấp 1) nuôi trong thùng (giống cấp 2) lên men thùng tôn (giốngcấp 3) sản xuất công nghiệp

a. Cấy truyền ra ống thạch nghiêng

Môi trường thạch nghiêng: [5]

b. Giống cấp 1

Môi trường giống cấp 1: [5]

+ Đường glucoza tinh khiết : 2,5%

+ Urê : 0,5%

+ B1 (đã pha 150g/l) : 0,0001%

Chuẩn bị môi trường: Dùng nước hoà tan các chất cho vào các bình tam giác1000ml, sau đó điều chỉnh pH = 7 ÷ 7,2, sau đó đem đi thanh trùng 20 ÷30 phút, áplực 1kg/cm2 , sau đó để nguội xuống 50 ÷ 600C rồi tiến hành cấy giống

Tiến hành: Giống từ các ống thạch nghiêng được cấy vào các bình tam giác sau

đó đưa vào các máy lắc trong 24 giờ, sau đó bảo quản lạnh ở 50C

Chuẩn bị môi trường: Các chất được hoà trộn cùng với nước sau đó thanh trùng

ở 1200C trong thời gian 30 phút.Sau đó làm nguội xuống còn 320 C và tiến hành lênmen trong các thùng tôn

Tiến hành: Quá trình nuôi giống khống chế ở nhiệt độ 320C, áp suất1kG/cm3không tiếp urê và dầu như quá trình lên men chính, lượng không khí chovào khoảng: 850 ÷ 1100 lít/giờ, kiểm tra pH 1 giờ 1 lần hoặc lượng không khí tăngdần tính từ giống nhỏ sang lên men chính theo tỉ lệ 1,0 - 0,25 - 0,5l/l.phút: (lítkhông khí/lít môi trường /1 phút) Đến giờ thứ 8 thì soi chọn giống: Nồi nào

dùngđược thì 9 giờ giống có thể cấy tiếp sang nồi lên men chính, nếu chưa đạt yêucầu thì có thể kéo dài thời gian lên men thêm 1 ÷ 2h nữa

Nồng độ giống là 10g/lít

3.1.1.6.Lên men [8], [10].

Mục đích: mục đích của khâu này là thông qua hoạt động sống của vi khuẩntrong những điều kiện thích hợp để chuyển hoá đường glucoza và đạm vô cơ thànhaxit glutamic [5,tr120] Quá trình chính xảy ra:

a.Giai đoạn đầu: 8 ÷ 12 giờ gọi là giai đoạn sinh khối Giai đoạn này các chất

đường đạm vô cơ và hữu cơ, các chất muối khoáng, vitamin và các chất sinh trưởng

có trong môi trường thẩm thấu vào tế bào vi khuẩn làm cho vi khuẩn lớn lên, đạtkích thước cực đại và bắt đầu sinh sản, phân chia Quá trình lặp lại cho đến khilượng vi khuẩn đạt đến giá trị cực đại

Những biểu hiện của giai đoạn này là:

+ Nhiệt độ tăng vừa phải, càng về cuối giai đoạn tốc độ tăng nhiệt độ càngnhanh, nhiệt độ nằm ở khoảng 35-36oC

+ pH tăng dần từ 6,5 ÷ 6,7 lên 7,5 ÷ 8

+ Bọt tạo thành tăng dần (do lượng thải CO2)

+ Lượng đường tiêu hao tăng dần

+ Lượng tế bào vi khuẩn tăng dần từ khoảng 0,13 ÷ 0,14 đến 1 (Số đo ODtrên máy so mầu)

+ Hàm lượng axit glutamic chưa có hoặc rất ít

b.Giai đoạn giữa: từ giờ thứ 10, 12 đến giờ thứ 24, 26 Giai đoạn này giữ cho

số tế bào không tăng thêm nữa hoặc tăng rất ít Quá trình chủ yếu trong giai đoạnnày là: Đường và đạm vô cơ thẩm thấu qua màng tế bào vi khuẩn và các quá trìnhchuyển hoá bởi các men và các phản ứng như trên để tạo ra axit glutamic trong tếbào Lượng axit glutamic tạo thành lại hoà tan vào các môi trường làm cho pH môitrường giảm dần, CO2 bay ra nhiều, bọt tăng ào ạt

Trong giai đoạn này nhiệt độ tăng nhanh nếu không làm lạnh trong 1 giờ có thểtăng 1 ÷ 2oC Lượng đường hao nhanh từ 8,9% xuống còn 2,3% pH giảm xuốngcòn dưới 7 nên phải tiếp urê để pH tăng lên 8 rồi lại giảm xuống nhanh chóng, axitglutamic tăng nhanh từ 0 đến 30 ÷ 40 g/l

c.Giai đoạn cuối: những giờ còn lại tất cả các biểu hiện đều giảm dần cho đến

khi hàm lượng đường chỉ còn ≤ 1% thì lên men kết thúc Thường thường để bảođảm quá trình lên men đạt hiệu quả cao phải chú ý khống chế các điều kiện kỹ thuậtnhư:

+ Nhiệt độ: luôn luôn giữ ở 320C

+ áp suất: 1kg/cm2

+ Lượng không khí: 30 ÷ 40 m3/1 giờ cho 1m3 môi trường

+ Cánh khuấy 2 tầng 180 ÷ 200 vòng/ phút

+ Khi pH giảm đến 7 phải bổ sung urê ngay cho pH lên đến 8, thường bổ sung

1 nồi lên men gián đoạn 2 ÷ 3 lần

+ Khi bọt nhiều phải tiếp giống để phá bọt tạo điệu kiện cho CO2 thoát rangoài dễ dàng

d.Xử lý ure và dầu phá bọt

Xử lý urê: urê tham gia vào thành phần môi trường gồm urê đầu và urê tiếptrong quá trình Urê đầu là urê cho vào môi trường, sau khi môi trường được thanhtrùng và làm nguội đạt nhiệt độ 320C và trước khi tiếp giống, hàm lượng urê đầutiếp vào phải tính sao cho sau khi tiếp là 1,8% so với lượng môi trường

Xử lý dầu: Trong quá trình lên men, do hoạt động các chất men của vi khuẩn,thải ra nhiều CO2 tạo ra nhiều bọt, vì vậy cần phải dùng một lượng dầu thích hợp

để phá bọt Ta dùng loại dầu lạc thô

Hình 3.4 Thiết bị dùng nồi lên men [12]

3.1.1.7 Trao đổi ion

Mục đích : Tách acid glutamic ra khỏi dịch lên men

Thiết bị: Dùng thiết bị trao đổi dạng cột

Tiến hành : Cho dòng chảydịch lên men qua bình chứa các hạt nhựa resin vớitốc độ 90-100 lít/phút trong thời gian 95 phút, resin sau khi đã cation hoá có khảnăng giữ lại các anion chủ yếu là acid glutamic Sau đó dùng NaOH 4÷6%,lưu tốc6m/giờ lưu lượng1000lít/phút, thời gian 25 phút để tách acid glutamic:

Hình 3.5 Thiết bị dùng thiết bị trao đổi dạngcột [11]

3.1.1.8 Kết tinh

Mục đích : Nhằm tách acid glutamic ra khỏi dung dịch acid glutamic

Thiết bị: Thiết bị kết tinh có cánh khuấy

Tiến hành : Dung dịch sau khi đưa về điểm đẳng điện pH=2,9÷3,2 thì cho nướcvào ống xoắn trong thùng kết tinh để kết tinh dần, trong khi đó cách khuấy hoạtđộng làm acid glutamic kết tủa thành cục to, tơi, xốp Tám giờ sau ngừng khuấy và

hạ đến nhiệt độ không khí Sau 48 giờ dung dịch tách 2 pha Pha rắn là acidglutamic kết tinh, pha lỏng là nước là một số acid glutamic tan vào đó gọi là nướccác Phần nước các đem trao đổi nhựa tiếp, phần ẩm đem ly tâm thu acid glutamic

Mục đích: Acid glutamic sau khi ly tâm vẫn còn một phần nước, cần tách ra để

để bảo quản được lâu khỏi bị chảy nước và phân hủy bởi vi sinh vật Để loại phầnnước ra khỏi Acid glutamic ta phải tiến hành sấy khô

Tiến hành : Acid glutamic ẩm đưa vào thiết bị sấy nhờ cơ cấu rung và chạy trênbăng chuyền liên tục, không khí nóng được thổi liên tục vào làm bay hơi ẩm và làmkhô sản phẩm

Nhiệt độ sấy < 800C thường từ 70- 800C là thích hợp

3.2 TÍNH CÂN BẰNG VẬT CHẤT

3.2.1 Các số liệu ban đầu

Năng suất 10000 lít rỉ đường/ngày

Nhà máy làm việc 1 ngày 3 ca Mỗi ca 8 giờ

Ngày chủ nhật và lễ được nghỉ

Tháng 11 nghỉ để sửa chữa, bảo trì thiết bị

Bảng 3.1 Kế hoạch sản xuất trong năm của nhà máy:

Số ngày làm việc trong năm: 284 ngày

Số ca làm việc trong năm:852 ca

3.2.2 Giả thuyết

Ta giả sử tổn hao của từng công đoạn như sau:

Bảng 3.2 Hao hụt của từng công đoạn

Số

ngày

Trong đó: M1:Khối lượng thành phẩm sau khi qua các công đoạn hao hụt

M2:Là lượng nguyên liệu trước khi qua các công đoạn

a :Là tỉ lệ hao hụt qua các công đoạn.(%)

Rỉ đường ban đầu có nồng độ đường 62%

Bx = 62( ở 200C) , d = 1300,59 kg/m3 [1]

Khối lượng rỉ đường = 10 x 1300,59 = 13005,9 kg

 Ta tính cân bằng cho 13005,9 kg nguyên liệu/ ngày

Thể tích H2SO4 cần dùng là: (d=1,84 g/m3)

V=

2 4 65, 03

35,341,84

H SO

m

(m3)Tỉ lệ hao hụt 2,5%

Khôi lượng rỉ đường sau xử lý là:

Giả sử ép có hiệu suất 85%

Lượng rỉ đường sau lọc là:

3.2.3.3 Pha loãng rỉ đường

Giả sử dịch đem lên men có nồng độ đường là 14% và rỉ đường ban đầu cónồng độ đường là 62%

Giả sử quá trình ép lọc đạt hiệu suất 85%.

Vtrước khi lọc=

69325, 4

44, 21570

m

(m3)

3.2.3.5 Trung hòa

Quá trình trung hòa hao hụt 1%

Mdịch trước trung hòa =

Vậy lượng tinh bột cần dùng là : 15851,7 (kg/ngày)

Lượng acid dùng là 122,1 (kg/ngày)

Ta có dung dịch axit HCL nồng độ 35% Suy ra lượng axit cần là

mHCL =

100122,1

35 ×

= 348,9 (kg/ngày)

3.2.3.7 Pha dịch lên men

Khối lượng dịch lên men gồm có rỉ đường sau khi pha loãng và tinh bột sau khi

ép lọc:

mdịch lên men = 47248,4 + 57748,04 = 104996,44 (kg/ngày)

Các chất khoáng được bổ sung trong quá trình pha chế là:

m dầu lạc 0,1% =

0,1104996,44 104,9

100

× =

(kg/ngày)Lượng dịch lên men sau khi bổ sung các chất vào là:

104996,44 + 157,5 + 78,7 + 2099,9 + 2309,9 +534,9 +104,9 +1889,9 = 112172,14(kg/ngày)

Tỉ lệ hao hụt 2%

Khối lượng dịch sau khi pha lên men:

(m3/ngày)Tỉ lệ lượng giống cho vào lên men là 1%, thể tích dịch môi trường Vậy lượnggiống cho vào là: Vgiống II = 1% x 103,6 = 1,036 (m3/ngày)

Giả sử giống có khối lượng riêng là 1070(kg/m3).Khi đó khối lượng giống chovào là: mgiống II = 1070 x 1,036 = 1108,52 (kg/ngày)

Lượng giống cấp I bằng 10% lượng giống cấp II

Hiệu suất thu hồi là 75%

Nồng độ acid glutamic trước khi pha loãng là 40g/lNồng độ acid glutamic sau khi pha loãng là 20g/l

Thể tích dịch sau lên men là: (d= 1,54 g/cm3)

107739, 2

69960,51,54 =

(lít/ngày)Thể tích dịch acid glutamic trước khi trao đổi

100 22098,8

100

−

×

= 2056,8 (kg/ngày)