Thiết kế nhà máy sản xuất chế phẩm enzyme cellulase dạng khô bằng phương pháp lên men trichoderma trên môi trường rắn xốp từ vỏ sắn

Thiết kế nhà máy sản xuất chế phẩm enzyme cellulase dạng khô bằng phương pháp lên men trichoderma trên môi trường rắn xốp từ vỏ sắn LẬP LUẬN KINH TẾ KỸ THUẬT Cơ chế thuỷ phân cellulose của enzyme cellulase Giới thiệu về nấm mốc Trichoderma reesei CHỌN VÀ THUYẾT MINH DÂY CHUYỀN công nghệ nhà máy sản xuất enzyme cellulase TÍNH CÂN BẰNG VẬT CHẤT nhà máy sản xuất enzyme cellulase TÍNH VÀ CHỌN THIẾT BỊ nhà máy sản xuất enzyme cellulase TÍNH CƠ CẤU TỔ CHỨC nhà máy sản xuất enzyme cellulase TÍNH XÂY DỰNG nhà máy sản xuất enzyme cellulase TÍNH HƠI – NƯỚC NĂNG LƯỢNG nhà máy sản xuất enzyme cellulase KIỂM TRA SẢN XUẤT VÀ CHẤT LƯỢNG SẢN PHẨM AN TOÀN LAO ĐỘNG VÀ BẢO VỆ MÔI TRƯỜNG

MỤC LỤC

LỜI CẢM ƠN i

DANH MỤC BẢNG viii

DANH MỤC HÌNH VẼ ix

LỜI MỞ ĐẦU 1

CHƯƠNG 1 LẬP LUẬN KINH TẾ KỸ THUẬT 2

1.1 Sự cần thiết phải đầu tư: 2

1.2 Đặc điểm tự nhiên: 2

1.3 Nguồn cung cấp nguyên liệu: 2

1.4 Hợp tác hoá: 2

1.5 Nguồn cung cấp điện: 2

1.6 Nguồn cung cấp hơi: 2

1.7 Nguồn cung cấp nước và vấn đề xử lý nước thải: 3

CHƯƠNG 2 TỔNG QUAN TÀI LIỆU 4

2.1 Tổng quan về enzyme cellulase: 4

2.1.1 Định nghĩa về emzyme cellulase: 4

2.1.2 Phân loại: 4

2.1.3 Cơ chế thuỷ phân cellulose của enzyme cellulase: 5

2.1.4 Ứng dụng của enzyme cellulase: 6

2.2 Tổng quan về vỏ sắn: 8

2.2.1 Cấu tạo của củ sắn: 8

2.2.2 Tình hình cây sắn: 9

2.3 Giới thiệu về nấm mốc Trichoderma reesei: 10

2.3.1 Lịch sử phát hiện: 10

2.3.2 Hình thái nấm Trichoderma : 11

2.3.3 Đặc điểm sinh trưởng: 11

2.3.4 Thành phần môi trường nuôi cấy vi sinh vật sản xuất enzyme cellulase: 12

2.3.5 Ứng dụng: 13

2.4 Tình hình sản xuất enzyme cellulose ở Việt Nam và trên thế giới 14

Đề tài: Thiết kế nhà máy sản xuất chế phẩm enzyme cellulase

SVTH: Dương Thị Nhật Linh – Lớp 10SH i

2.4.1 Tình hình sản xuất enzyme cellulase ở Việt Nam 14

2.4.2 Tình hình sản xuất enzyme cellulase trên thế giới: 14

CHƯƠNG 3 CHỌN VÀ THUYẾT MINH DÂY CHUYỀN 15

CÔNG NGHỆ 15

3.1 Chọn dây chuyền công nghệ: 15

3.2 Thuyết minh dây chuyền công nghệ 17

3.2.1 Nguyên liệu 17

3.2.2 Phối trộn: 17

3.2.3 Tiệt trùng: 18

3.2.4 Làm nguội: 18

3.2.5 Nhân giống sản xuất: 18

3.2.6 Gieo giống: 19

3.2.7 Lên men: 19

3.2.8 Thu nhận chế phẩm: 21

3.2.9 Nghiền: 21

3.2.10 Trích ly: 21

3.2.11 Cô đặc chân không: 21

3.2.12 Sấy chân không: 21

3.2.13 Thành phẩm: 22

CHƯƠNG 4 TÍNH CÂN BẰNG VẬT CHẤT 23

4.1 Kế hoạch sản xuất của nhà máy 23

4.2 Cân bằng vật chất: 24

4.2.1 Dây chuyền sản xuất chế phẩm : 24

4.2.2 Dây chuyền sản xuất vỏ sắn: 30

4.2.3 Dây chuyền sản xuất cám gạo: 31

4.2.4 Dây chuyền gia công trấu: 31

4.2.5 Khoáng chất: 31

4.2.6 Lượng nước cần dùng cho cả dây chuyền: 32

4.2.7 Môi trường nhân giống: 34

4.3 Tổng kết: 35

CHƯƠNG 5 TÍNH VÀ CHỌN THIẾT BỊ 36

5.1.1 Chọn thiết bị: 36

5.1.2 Tính toán thiết bị: 36

5.2 Máy phân loại vỏ lụa sắn: 36

5.3 Máy nghiền để gia công vỏ sắn: 37

5.4 Máy trộn: 38

5.5 Thiết bị tiệt trùng: 39

5.6 Thiết bị nuôi cấy: 41

5.7 Máy nghiền : 42

5.8.Thiết bị trích ly: 43

5.9 Thiết bị cô đặc: 45

5.10 Thiết bị sấy chân không: 46

5.11 Chọn thiết bị bao gói sản phẩm 48

5.12 Chọn thiết bị lọc và vô trùng không khí: 48

5.13 Chọn thiết bị điều hoà không khí: 50

5.14 Chọn thiết bị làm sạch không khí thải: 50

5.15 Thiết bị rửa và tiệt trùng khay: 50

5.16 Thiết bị vận chuyển: 51

5.16.1 Gàu tải: 51

5.16.2 Vít tải: 53

5.16.3 Băng tải 54

5.16.4 Chọn bơm: 55

5.17 Tính bunke: 56

5.17.1 Bunke chứa trấu: 57

5.17.2 Bunke chứa cám gạo: 57

5.17.3 Bunke chứa sắn: 58

5.17.4 Bunke chứa canh trường nấm mốc sau khi thu nhận: 58

5.17.5 Bunke chứa canh trường enzyme sau khi nghiền: 59

5.17.6 Bunke chứa enzyme sau khi trích ly: 60

5.17.7 Bunke chứa enzyme kỹ thuật: 60

5.17.8 Bunke dự trữ cho quá trình phân phối môi trường vào khay: 61

5.18 Tính thùng chứa: 62

5.18.1 Thùng chứa nước: 62

Đề tài: Thiết kế nhà máy sản xuất chế phẩm enzyme cellulase

SVTH: Dương Thị Nhật Linh – Lớp 10SH iii

5.18.2 Thùng chứa bã canh trường không chứa enzyme sau khi trích ly: 63

5.18.3.Thùng nhân giống: 63

5.19 Tổng kết thiết bị lựa chọn: 64

CHƯƠNG 6 TÍNH CƠ CẤU TỔ CHỨC 66

6.1 Sơ đồ hệ thống tổ chức của nhà máy: 66

6.2 Chế độ làm việc của nhà máy 66

6.3 Tính nhân lực 66

6.3.1 Nhân lực làm việc theo giờ hành chính 67

6.3.2 Nhân lực làm việc theo ca: 67

CHƯƠNG 7 TÍNH XÂY DỰNG 68

7.1 Đặc điểm của khu đất xây dựng nhà máy: 68

7.1.1 Địa hình: 68

7.1.2 Địa chất: 68

7.1.3 Vệ sinh công nghiệp: 68

7.2 Các công trình xây dựng: 68

7.2.1 Phân xưởng sản xuất chính: 68

7.2.2 Kho chứa nguyên vật liệu: 68

7.2.3 Kho thành phẩm: 68

7.2.4 Phòng nhân giống: 69

7.2.5 Phòng nuôi mốc: 69

7.2.6 Phòng điều hòa: 69

7.2.7 Phòng KCS: 69

7.2.8 Phòng vật tư thiết bị: 69

7.2.9 Phòng kỹ thuật: 69

7.2.10 Trạm biến áp: 69

7.2.11 Trạm bơm: 70

7.2.12 Nhà hành chính và phục vụ khác: 70

7.2.13 Phân xưởng điện cơ: 70

7.2.14 Nhà để xe ôtô: 70

7.2.15 Nhà để xe môtô cho cán bộ công nhân viên: 70

7.2.16 Nhà ăn: 70

7.2.18 Đài chứa nước: 71

7.2.19 Bể chứa nước ngầm: 71

7.2.20 Bể xử lý nước thải: 71

7.2.21 Bể xử lý chất thải rắn: 72

7.2.22 Nhà bảo vệ: 72

7.2.23 Máy phát điện: 72

7.2.24 Phân xưởng lò hơi: 72

CHƯƠNG 8 TÍNH HƠI – NƯỚC 75

8.1 Công đoạn tiệt trùng: 75

8.1.1 Giai đoạn nâng nhiệt: 75

8.1.2 Giai đoạn giữ nhiệt: 77

8.1.3 Công đoạn tiệt trùng khay: 79

8.1.4 Tổng lượng hơi dùng trong nhà máy: 79

8.2 Lượng nước cần dùng cho cả nhà máy: 81

8.3 Tính chi phí nhiên liệu: 81

8.3.1 Dầu FO: 81

8.3.2 Dầu DO: 82

8.3.3 Dầu nhờn: 82

8.3.4 Mỡ bôi trơn: 82

CHƯƠNG 9 KIỂM TRA SẢN XUẤT VÀ CHẤT LƯỢNG SẢN PHẨM 83

9.1 Kiểm tra nguyên liệu: 83

9.1.1 Vỏ sắn: 83

9.1.2 Cám gạo: 83

9.1.3 Nguồn muối vô cơ: 83

9.1.4 Nước: 83

9.2 Kiểm tra trên các công đoạn sản xuất: 85

9.2.1 Công đoạn làm sạch và nghiền: 85

9.2.2 Kiểm tra quá trình lên men: 85

9.3 Kiểm tra chất lượng bán thành phẩm: 85

9.4 Kiểm tra chất lượng sản phẩm: 85

9.4.1 Nguyên tắc chung của các phương pháp xác định hoạt độ enzyme: 85

9.4.2 Các phương pháp xác định hoạt độ enzyme: 86

Đề tài: Thiết kế nhà máy sản xuất chế phẩm enzyme cellulase

SVTH: Dương Thị Nhật Linh – Lớp 10SH v

9.4.3 Một số lưu ý khi xác định hoạt độ hay thực hiện phản ứng enzyme:.87

CHƯƠNG 10 AN TOÀN LAO ĐỘNG VÀ BẢO VỆ MÔI TRƯỜNG 89

10.1 An toàn lao động: 89

10.1.1 Các biện pháp dự phòng an toàn: 89

10.1.2 An toàn vận hành trong sản xuất các chất sinh học: 90

10.1.3 Các trạm khí nén: 90

10.1.4 Các máy lọc để làm sạch và thu hồi khí, bụi: 90

10.1.5 Máy nghiền, sấy: 90

10.1.6 Các biện pháp an toàn khi sử dụng các cơ cấu vận chuyển: 91

10.1.7 Kỹ thuật an toàn khi nuôi cấy vi sinh vật trên môi trường rắn: 91

10.2 Bảo vệ môi trường: 91

10.2.1 Làm sạch không khí: 92

10.2.2 Làm sạch nước thải: 92

KẾT LUẬN 93

TÀI LIỆU THAM KHẢO 94

DANH MỤC BẢNG

Bảng 2.1 Một số chỉ tiêu hoá học trong vỏ lụa sắn 9

Bảng 5.1 Bảng tổng kết thông số máy phân loại vỏ sắn 37Bảng 5.2 Bảng tổng kết thông số máy nghiền băm cắt 38

Bảng 5.4 Bảng tổng kết thông số thiết bị tiệt trùng dạng đứng 41Bảng 5.5 Bảng tổng kết thông số thiết bị nuôi cấy 42Bảng 5.6 Bảng tổng kết thông số thiết bị máy nghiền búa 43Bảng 5.7 Bảng tổng kết thông số thiết bị trích ly 45Bảng 5.8 Bảng tổng kết thông kết thông số thiết bị cô đặc 46Bảng 5.9 Bảng tổng kết thông số thiết bị đóng gói 48Bảng 5.10 Bảng tổng kết thông số tổ hợp tự động để lọc không khí

bằng hơi

49

Bảng 5.11 Bảng tổng kết thông số thiết bị điều hòa không khí 50Bảng 5.12 Bảng tổng kết thông số thiết bị làm sạch không khí thải 50Bảng 5.13 Bảng tổng kết thông số hệ thống rửa và tiệt trùng khay 51

Bảng 8.1 Bảng tổng kết lượng hơi dùng trong nhà máy 80

Đề tài: Thiết kế nhà máy sản xuất chế phẩm enzyme cellulase

SVTH: Dương Thị Nhật Linh – Lớp 10SH vii

DANH MỤC HÌNH VẼ

Hình 2.1 Cơ chế thuỷ phân cellulose của enzyme cellulase 5

LỜI MỞ ĐẦU

Enzyme là chất xúc tác sinh học, có bản chất protein và là những chất khôngthể điều chế được bằng phương pháp tổng hợp hóa học Người ta thường thu nhậnchúng từ nguồn tế bào động vật, thực vật hoặc vi sinh vật Với những ưu điểm vượttrội - tốc độ sinh trưởng nhanh, hệ enzyme phong phú và có hoạt tính cao, môitrường nuôi cấy rẻ tiền, dễ kiếm, vi sinh vật đã trở thành nguồn nguyên liệu thuenzyme 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 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, kèm theo đó là khối lượng lớn vỏ lụa sắn Lượng vỏ lụa này hiện nayvẫn chưa được xử lý riêng rẽ gây mùi hôi thối, ô nhiễm môi trường cho cộng đồngdân cư sống quanh khu vực nhà máy chế biến tinh bột sắn Chính vì vậy cần cóphương pháp xử lí để giảm thiểu độ ô nhiễm đồng thời tạo ra những sản phẩm cógiá 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 thực hiện được đề tài: “Thiết kế nhà máy sản xuất chế phẩm enzyme cellulase dạng khô bằng phương pháp lên men Trichoderma trên môi trường rắn xốp từ vỏ sắn với năng suất 500 tấn sản phẩm/năm”.

CHƯƠNG 1 LẬP LUẬN KINH TẾ KỸ THUẬT

1.1 Sự cần thiết phải đầu tư:

Enzyme celluase được sử dụng nhiều trong công nghiệp, chăn nuôi Nhưnglượng enzyme chiết từ tự nhiên không đủ để sử dụng Hơn nữa hàng ngày nhà máytinh bột sắn thải ra môi trường một lượng lớn vỏ lụa sắn, lượng vỏ lụa sắn này nếukhông được xử lý sẽ làm ô nhiễm môi trường Vì vậy đầu tư cho xây dựng một nhàmáy sản xuất chế phẩm enzyme cellulase từ nguồn vỏ lụa sắn là cần thiết vì sẽ vừacung cấp chế phẩm enzyme cho công nghiệp, vừa xử lý được lượng chất thải củanhà 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 260C ÷ 280C,

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, xãQuế Cường, 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

CHƯƠNG 2 TỔNG QUAN TÀI LIỆU2.1 Tổng quan về enzyme cellulase:

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 [8]

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 vàβ-glucosidase [23]

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 là enzyme

Cx còn gọi là enzyme β-1,4 glucanase, thuỷ phân các cellulose ngậm nước bởiC1 nói trên (polyanhydroglucoza hydrat hoá) thành cellulose Chữ x có nghĩa làenzyme gồm nhiều thành phần khác nhau và người ta thường chia làm 2 loại chínhlà: 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 nào của

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 tới enzym này trừ n- butanol Các ion kim loại và EDTA nồng độ 4-14 n.M đều làm giảm hoạt

tính enzym

Các tác giả (Ogawa và Toyama, 1967) cho rằng còn có một enzyme trung gian

là C2 (giữa C1 và Cx) Enzyme này trước hết tác động vào cellulose đã bị làmtrương nước bởi C1 rồi thuỷ phân thành các dextrin cellulose hoà tan Sau đó Cx sẽ

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

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 trong cellulose,lignin và α-Dglucan một cách ngẫu nhiên Sản phẩm của quá trình phân giải là cáccellulose phân tử nhỏ, cellobiose và glucose

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

Cellobiase: hân giải cellobiose (disaccharide) và cellotetrose thành

glucose [8]

2.1.4 Ứng dụng của enzyme cellulase:

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 trong mọiloại rau quả cũng như trong các nguyên liệu, phế liệu của các ngành trồng trọt vàlâm nghiệp Nhưng người và động vật không có khả năng phân giải cellulose Nóchỉ có giá trị làm tăng tiêu hóa, nhưng với lượng lớn nó trở nên vô ích hay cản trởtiêu 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 phẩm thựcvật Đặc biệt là đối với thức ăn cho trẻ con và nói chung chất lượng thực phẩm đượctăng lên

Một số nước đã dùng cellulase để xử lý các loại rau quả như bắp cải, hành, càrốt, khoai tây, táo và lương thực như gạo Người ta còn xử lý cả chè, các loại tảobiển…

Trong sản xuất bia, dưới tác dụng của cellulase hay phức hệ citase trong đó cócellulase, thành tế bào của hạt đại mạch bị phá hủy tạo điều kiện tốt cho tác độngcủa protease và đường hóa

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

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

2.1.4.2 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 chứa hàmlượng cao các chất khó tan như lignin và một phần hemicellulose, nên trong quátrình nghiền để tách riêng các sợi gỗ thành bột mịn gặp nhiều khó khăn Trong công

nghiền cơ học Trước khi nghiền hóa học, gỗ được xử lý với endoglucanase và hỗnhợp các enzyme hemicellulase, pectinase sẽ làm tăng khả năng khuếch tán hóa chấtvào phía trong gỗ và hiệu quả khử lignin.

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 được dùng

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 sẽgiảm 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 như rơm,

rạ, bã mía, bã khoai, bã sắn đã và đang được triển khai ở nhiều nước, trong mọi lĩnhvực như sản xuất protein đơn bào làm thức ăn cho gia súc Trong lĩnh vực này, nấmsợi thường được sử dụng lên men các nguồn phế thải giàu cellulose tạo ra sinh khốiprotein chứa hàm lượng các amino acid cân đối, các vitamin và tạo hương thơm cólợi 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 thành phần chính trong quá trình thủy phân tinh bột Tuy nhiên, bổ sung một số enzyme phá hủy thành tế bào như cellulase, hemicellulase có vai trò quan trọng, giúp tăng lượng đường tạo ra và đẩy nhanh tốc độ tiếp xúc của tinh bột với amylase, dẫn tới 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 bằngsinh thái 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 việc tạo

ra các chế phẩm vi sinh có chứa các vi sinh vật sinh ra cellulase đã được nghiên cứu

và sản xuất Phức hệ cellulase được sử dụng để xử lý nguồn nước thải do các nhàmáy giấy thải ra Nguyên liệu làm giấy là gỗ (sinh khối của thực vật bậc cao) Sinhkhối này chứa rất nhiều loại polysaccharide, trong đó các polysaccharide quan trọngquyết định tới chất lượng, số lượng giấy là cellulose Vì vậy, nước thải của các nhàmáy giấy, các cơ sở chế biến gỗ, các xưởng mộc khi bổ sung các chế phẩm chứaphức hệ cellulase đem lại hiệu quả cao [26].

2.2 Tổng quan về vỏ sắn:

2.2.1 Cấu tạo của củ sắn:

Củ sắn có kích thước trung bình dài 25 – 38 cm, đường kính 3-6cm Tùy theogiống, điều kiện đất đai và thời gian thu hoạch mà củ sắn có kích thước trên dướikích thước 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 bên

ngoài 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 mỏngnhưng cứng và bền Vỏ gỗ có nhiệm vụ bảo vệ củ sắn khỏi tác động của các yếu tốbên ngoài gây hư hỏng

+ 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 thịt dày 1,5 ÷ 6,0 mm, chiếm khoảng

5 ÷ 7% khối lượng củ sắn Trong vỏ thịt chứa khoảng 2,9 ÷ 3,2% protein, 5 ÷ 8%tinh bột, 2,7 ÷ 3,2 cellulose và là nơi tập trung nhiều nhất glucoxianogenic trong củsắn: 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

- Sản xuất và tiêu thụ sắn tại Việt Nam:

+ Ở Việt Nam, sắn là cây lương thực, thức ăn gia súc quan trọng sau lúa vàngô Năm 2005, cây sắn có diện tích thu hoạch 432 nghìn ha, năng suất 15,35tấn/ha, sản lượng 6,6 triệu tấn, so với cây lúa có diện tích 7.326 ha, năng suất 4,88tấn/ha, sản lượng 35,8 triệu tấn, cây ngô có diện tích 995 ha, năng suất 3,51 tấn/ha,sản lượng gần một triệu tấn (FAO, 2007) Cây sắn là nguồn thu nhập quan trọng củacác hộ nông dân nghèo 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 làmthức ăn gia súc (22,4%), chế biến thủ công (16,8%), chỉ có 12,2% dùng tiêu thụtươi

+ 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 chất giữ

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 –1.200.000 tấn tinh bột sắn, trong đó trên 70% xuất khẩu và gần 30% tiêu thụ trongnước Sản phẩm sắn xuất khẩu của Việt Nam chủ yếu là tinh bột, sắn lát và bột sắn.Thị trường chính là Trung Quốc, Đài Loan, Nhật Bản, Singapo, Hàn Quốc Đầu tưnhà máy chế biến 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

và những sản phẩm tinh bột biến tính

+ Diện tích sắn của Việt Nam dự kiến ổn định khoảng 450 nghìn ha nhưng sẽtăng năng suất và sản lượng sắn bằng cách chọn tạo và phát triển các giống sắn tốt

có năng suất củ tươi và hàm lượng tinh bột cao, xây dựng và hoàn thiện quy trình

kỹ thuật canh tác sắn bền vững và thích hợp vùng sinh thái [22]

2.3 Giới thiệu về nấm mốc Trichoderma reesei:

đề tài về sinh tổng hợp, cơ chế phân hủy cellulose và polysaccharides của chủng

Trichoderma reesei cùng các chủng đột biến của chúng

Mộtphát hiện khoa học quan trọng trong việc nghiên cứu chủng Trichoderma

là khả năng kích thích sinh trưởng của chúng cho với cây trồng và khả năng đối

kháng đối với các loại nấm hại khác, khiến cho Trichoderma được dùng làm tác

2.3.2 Hình thái nấm Trichoderma :

Trichoderma là nấm sợi, sinh sản vô tính bằng bào tử từ khuẩn ty Khuẩn ty

của vi nấm không màu, cuống bào tử phân nhánh nhiều, ở cuối nhánh phát triểnthành khối tròn mang các bào tử trần không có vách ngăn, liên kết với nhau thànhcùm nhỏ ở đầu cành nhờ chất nhầy Bào tử hình cầu, elip hoặc thuôn Khuẩn lạc cómàu trắng , vàng, xanh lục nhạt đến lục đậm [12]

Hình 2.2 Hình thái nấm Trichoderma reesei

2.3.3 Đặc điểm sinh trưởng:

Nấm Trichoderma hiện diện trong hầu hết mọi loại đất Loại nấm này hiện

diên với mật độ cao và sinh sống mạnh mẽ ở vùng rễ cây Một số giống có khả năngphát triển ngay tại rễ, những giống này có thể bổ sung vào đất và rễ bằng nhiềuphương pháp

Ngoài sự hình thành khuẩn lạc ở rễ, nấm Trichoderma còn tấn công, ký sinh

và lấy dinh dưỡng từ các loại nấm khác Nấm Trichodermađã được các cơ quan

nghiên cứu công nhận là sở hữu nhiều cơ chế để có thể tiêu diệt các loại nấm gâyhại Một số cơ chế chủ yếu đó là : Ký sinh nấm, kháng sinh, cạnh tranh chất dinhdưỡng và không gian, hòa tan và cô lập các chất dinh dưỡn vô cơ, bất hoạt cácenzyme gây bệnh

Hầu hết các giống Trichodermasinh sản vô tính bằng bào tử Hiện nay, người

ta đã thống kê được có 33 loài nấm Trichoderma[1].

2.3.4 Thành phần môi trường nuôi cấy vi sinh vật sản xuất enzyme cellulase: 2.3.4.1 Nguồn carbon:

Theo lý thuyết sinh tổng hợp của enzym cảm ứng, trong môi trường nuôi cấy

vi sinh vật sinh cellulase nhất thiết phải có cellulose là chất cảm ứng và là nguồncarbon

Những nguồn cellulose có thể là bã mía,vỏ sắn, giấy lọc, bông, bột cellulose,

lõi ngô, cám , mùn cưa, bã củ cải, rơm, than bùn… Trichoderma lignorum và

Tr.koningi nuôi trên môi trường có nguồn carbon là giấy lọc cho hoạt tính enzymcao nhất Kết quả cũng tương tự như vậy khi nuôi Myrothecium verrucaria trên môitrường có giấy lọc và lõi ngô, bã củ cải

Chất cảm ứng của enzym cellulase còn là cellobiosooctacetat,cám mì,cám gạo,lactose salicyl Đối với Stachybotrit atra nguồn carbon tốt nhất để sinh tổng hợpcellulase là tinh bột 1%

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

2.3.4.2 Nguồn Nitơ:

Các nguồn nito vô cơ thích hợp nhất đối với các sinh vật cellulase là muốinitrat Đối với các giống của bộ nấm bông nguồn nito tốt nhất lại là (NH4)2HPO4.Nói chung các muối amon ít tác dụng nâng cao hoạt lực enzyme này, thậm chí còn

ức chế quá trình tổng hợp, vì rằng môi trong các muối này làm cho môi trường acidhóa Điều này không những ức chế trong quá trình sinh tổng hợp enzyme mà còn cóthể làm mất hoạt tinhs enzyme sau khi tạo thành

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

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

2.3.4.3 Nguồn khoáng chất:

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

Trichoderma thuộc nhóm những vi sinh vật có khả năng sản xuất nhiều

enzyme ngoại bào quý giá, trong đó có enzyme cellulase với khả năng phân giải cácpolisaccharides phức tạp nên chúng được ứng dụng vào công nghiệp thực phẩm vàcông nghiệp dệt nhờ mục đích đó

2.3.5.2 Chất kiểm soát sinh học:

Hiện nay loài nấm này được sử dụng rộng rãi, cũng như được đăng ký để làmchất kiểm soát bệnh trên thục vật Nấm được sử dụng dưới hình thức chế phẩm sinhhọc hoặc được trọn chung với phân bón để vừa tăng chất dinh dưỡng vừa tăng khảnăng kháng bệnh của cây

2.3.5.3 Kích thích tăng trưởng cho cây trồng:

Nấm Trichodermakích thích sự tăng trưởng và phát triển ở thực vật bằng cách

tăng cường số lượng và độ dài rễ cây mọc ra Điều này giúp cây có khả năng hấpthụ chất dinh dưỡng tốt hơn, đồng thời chống hạn hán tốt

2.3.5.4 Nguồn gen trong việc chuyển gen:

Bộ gen của Trichoderma mã hóa cho khả năng chống lại các loại tác nhân gây

bệnh cho cây trồng Nếu có thể đưa đoạn gen thích hợp vào cây thì sẽ làm tăng khả

năng chống chịu của cây lên rất nhiều Đặc biệt là đối với giống Trichoderma reesei

có bộ gen rất nhỏ thì việc này lại càng dễ dàng hơn nữa

2.4 Tình hình sản xuất enzyme cellulose ở Việt Nam và trên thế giới

2.4.1 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 ở việcnghiên cứu nên nhu cầu enzyme chủ yếu là nhập khẩu từ nước ngoài

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

tổng hợp cellulase từ Astinomyces griseus[16].

+Nghiên cứu thu nhậnn ezyme cellulase Bằng cách nuôi Trichoderma reesei

trên môi trường bán rắn của Trần Thạnh Phong, Hoàng Quốc Khánh, Võ Thị Hạnh,

Lê Bích Phượng, Nguyễn Duy Long, Lê Tấn Hưng, Trương Thị Hồng Vân đã tổnghợp được enzyme cellulase với hoạt tính 280,64 IU/g và FPU ( Filter paper unit )5IU/g.

+Dương Minh, Tô Huỳnh Như, Trần Thị Cẩm Nhuy và Nguyễn Hoàng Phúc

đã khảo sát khả năng tiết cellulase của các chủng nấm Trichoderma thu thập tại

đồng bằng sông Cửu Long Kết quả thu được là hoạt tính endo-cellulase các chủngT-LM7a, T-VTa3d, T-BM5c va T-TTAG3b

2.4.2 Tình hình sản xuất enzyme cellulase trên thế giới:

Enzyme cellulase kỹ thuật chủ yếu được thu nhận từ Tr reesei và Asp Nigervà

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 Nigersử dụng

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 phương phápnuôi 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 môi

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 mặtphương pháp này vi sinh vật phát triển chủ yếu trên bề mặt nên hệ sử dụng môitrường 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:

Lên men

280C,2-5 ngày,W:54%

Thu nhận chế phẩm

Nghiền Trích ly

Cô đặc Sấy chân không

Tiệt trùng

1400C, 50-60 phút,Làm nguội (25-320C)

Vỏ sắn khôPhân loại, làm sạchNghiền, định lượngPhối trộn

Bao gói sản phẩm

Bã không chứaenzyme

3.2 Thuyết minh dây chuyền công nghệ

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

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 bị kết dính

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

3.2.1.3 Nguyên liệu cám gạo được định lượng:

- Mục đích: cám gạo và bổ sung vào nguyên liệu nhằm tạo đủ điều kiện dinhdưỡng cho mốc phát triển tốt

-Tiến hành: Cám được định lượng và đưa vào thiết bị phối trộn

3.2.2 Phối trộn:

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

- Cách tiến hành: Hỗn hợp vỏ sắn, cám gạo, trấu, nước, muối khoáng và cácchất dinh duỡng 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%.

- Cách tiến hành: Sau khi tiệt trùng, môi trường được làm nguội tại thiết bị tiệttrùng kết hợp, làm nguội đến nhiệt độ khoảng 250C ÷ 320C

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

3.2.5 Nhân giống sản xuất:

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

Trichoderma reeseiđây cũng là một trong những chủng có khả năng tiết ra nhiều loại enzyme như exo và endoglucanases đặc biệt là enzyme cellulase.

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

- Cách tiến hành: Giống nấm mốc được nuôi cấy trong bình tam giác 1000ml

và đặt 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

3.2.6 Gieo giống:

- Mục đích: Phân bố giống đều trên môi trường nuôi cấy nhằm tạo điều kiệnthuận lợi cho giống phát triển tốt

- Cách tiến hành: Sau khi làm nguội môi trường đến nhiệt độ 250C ÷ 300C ta

tiến hành gieo giống, tỷ lệ gieo giống là 10%

3.2.7 Lên men:

- Mục đích: Đây là giai đoạn quan trọng nhất trong toàn bộ quá trình côngnghệ, giai đoạn này cần được giám sát chặt chẽ Các thông số sinh lý sẽ ảnh hưởngtrực tiếp đến năng suất và chất lượng enzyme thành phẩm

- Cách 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 một hệ thống băngtải, gàu tải khác chuyển canh trường vào thiết bị nuôi cấy Tại đây, canh trường sẽđược xếp đều vào các khay trong thiết bị nuôi cấy và tiến hành nuôi

Thời gian nuôi cấy nấm mốc khoảng 2-5 ngày ở nhiệt độ 28oC.

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 đầunuôi cấy Trong giai đoạn này có những thay đổi sau

Nhiệt độ tăng chậm

Sợi nấm bắt đầu hình thành và có màu trắng hoặc màu 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 kỳ nàygiống 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 đoạn nàycần 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 cónhững 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 môi trườngxuống còn 20% ÷ 25% thể tích không khí trong 1 giờ Nhiệt độ nuôi cấy duy trì ở

300C.

Cần dừng quá trình nuôi cấy và thu nhận enzyme trong giai đoạn này Vì bào

tử được hình thành nhiều và làm giảm hoạt lực của enzyme

3.2.9 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 tế bào

sẽ dễ dàng thoát khỏi tế bào

- Cách 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 tải chuyểnvào bunke chứa

3.2.10 Trích ly:

- Mục đích: chế phẩm sau khi nghiền sẽ được chiết lấy dịch enzyme

- Thực hiện: Sau khi nghiền phá vỡ cấu trúc tế bào, ta có thể chiết xuất enzymebằng các dung môi khác nhau như nước, dung dịch đệm, muối trung tính Ở đây ta

sử dụng nước

3.2.11 Cô đặc chân không:

- Mục đích: Dịch enzyme sau khi trích ly rất dễ biến tính vì còn nhiều nước vìvậy để tránh bị biến tính và nâng cao nồng độ chất khô Đưa độ ẩm về 40% tạo điềukiện thuận lợi cho qua trình sấy chân không

- Thực hiện ở nhiệt độ < 600C.

3.2.12 Sấy chân không:

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

- Cách thực hiện: Dịch enzyme sau khi cô đặc được đưa vào thiết bị sấy chânkhông Nhiệt độ và thời gian sấy là 2 yếu tố ảnh hưởng đến hoạt tính của chế phẩmenzyme Sấy ở nhiệt độ cao có thể làm mất hoạt tính của enzyme do protein bị biếntính Tuy nhiên, khi sấy ở nhiệt độ thấp thì thời gian sấy kéo dài và trong thời giannày với sự hiện diện của độ ẩm cao thì sự tự phân của enzyme sẽ diễn ra và làm

giảm hoạt tính của enzyme Do đó sử dụng phương pháp sấy chân không, sấy ởnhiệt độ 400C kéo dài trong 9h.

3.2.13 Thành phẩm:

Enzyme cellulase sau khi được thông qua khâu kiểm định chất lượng như đã nói ở trên thì được chuyển đến bộ phận đóng gói thành phẩm

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)

năm

Bảng 4.2 Bảng tỉ lệ hao hụt qua các công đoạn

 Số liệu ban đầu của nhà máy

Năng suất enzyme đạt được 500 tấn sản phẩm / năm

Tỷ lệ các thành phần môi trường như sau

Cám gạo : 20% NH4NO3 : 0,15%

Trấu : 19,6 % KH2PO4 : 0,2%

4.2 Cân bằng vật chất:

4.2.1 Dây chuyền sản xuất chế phẩm :

Năng suất của nhà máy là 500 tấn enzyme trong một năm

4.2.1.1 Bao gói

Tỉ lệ hao hụt 0,5%

Giả sử khối lượng riêng của enzyme là 1,15 kg/lít

Lượng sản phẩm enzyme trước công đoạn này là:

Độ ẩm trước khi sấy chân không là 40%

Độ ẩm sau khi sấy chân không là 10%

1714,827×(100−10)(100−40)= 2572,240

(kg/ngày) Lượng ẩm bay hơi trong quá trình sấy:

Độ ẩm ban đầu của canh trường nấm mốc trước khi cô đặc: 90%

Độ ẩm của canh trường nấm mốc sau khi cô đặc chân không: 40%

Lượng chất khôtrước khi cô đặc:

Lượng chất khô sau khi trích ly là: 1732,148 kg/ngày

Giả sử dịch sau trích ly chỉ gồm enzyme với nước mà độ ẩm sau trích ly là90% nên:

Khối lượng hỗn hợp dịch sau trích ly là:

1732,148×100100−90=17321 ,480

(kg/ngày)

Giả sử khối lượng riêng của dịch sau trích ly là 1,1 kg/lít

Thể tích phần chiết thu được là:

Tổng khối lượng canh trường thu được sau khi nghiền:

Lượng chất khô sau công đoạn nghiền là: 1944,049 kg/ngày

Lượng chất khô trước khi nghiền:

1944,049×100100−2 =1983 ,723

(kg/ngày) Lượng hỗn hợp sau khi nghiền là: 17982,455 kg/ngày

Lượng hỗn hợp trước công đoạn nghiền:

Lượng chất khô sau công đoạn thu nhận: 1983,723 kg/ngày

Lượng chất khô trước công đoạn này:

1983,723×100 100−0,5 =1993,691

(kg/ngày) Lượng hỗn hợp môi trường sau công đoạn này là: 18348,980 kg/ngày

Lượng hỗn hợp môi trường trước công đoạn này:

18348,980×100 100−0,5 =18441,186

(kg/ngày) Lượng canh trường hao hụt:

Lượng hỗn hợp sau công đoạn nuôi cấy là: 18441,186 kg/ngày

Lượng môi trường trước công đoạn nuôi cấy:

Lượng môi trường sau công đoạn này là: 23167,319 kg/ngày

Lượng canh trường trước công đoạn này là:

23167,319×100 100−0,5 =23283,738

(kg/ngày) Lượng canh trường hao hụt:

23283,738× 0,5100=116,419

(kg/ngày)

Lượng canh trường sau công đoạn cấy giống là : 23283,738 kg/ngày

Lượng canh trường trước công đoạn này:

23283,738×100 100−0,2 =23330,399

(kg/ngày) Lượng canh trường hao hụt:

23330 ,399× 0,2100=46 ,661

(kg/ngày)

4.2.1.10 Làm nguội:

Tỉ lệ hao hụt 0,8%

Lượng môi trường sau công đoạn làm nguội là: 23330,399 kg/ngày

Lượng môi trường trước công đoạn này:

Lượng môi trường sau khi tiệt trùng là: 23518,547 kg/ngày

Lượng môi trường trước khi tiệt trùng:

23518,547×100100−1=23756 ,108

(kg/ngày) Lượng hao hụt:

23756,108× 1100=237 ,561

(kg/ngày)

4.2.1.12 Phối trộn:

Tỉ lệ hao hụt 1%

Lượng môi trường sau khi phối trộn là: 23756,108 kg/ngày

Lượng nguyên liệu trước khi phối trộn:

23756,108×100100−1=23996 ,069

(kg/ngày) Lượng hao hụt:

23996 ,069× 1100=239 ,961

(kg/ngày)

4.2.1.13 Lượng nguyên liệu sản xuất trong một mẻ:

Độ ẩm ban đầu của nguyên liệu trước khi phối trộn

+ Bột vỏ sắn : 15%

+ Cám gạo : 15%

+ Trấu : 5%

Độ ẩm sau khi phối trộn là 60%

Lượng nguyên liệu là:

4.2.6 Lượng nước cần dùng cho cả dây chuyền:

-Lượng nước dùng cho phối trộn:

W = m m n

vl+m n×100 % (l)

Trong đó :

W: Độ ẩm tính theo khối lượng vật liệu ướt

mn: Khối lượng ẩm trong nguyên liệu

mvl: Khối lượng vật liệu khô tuyệt đối

Độ ẩm ban đầu của nguyên liệu là:

Bột sắn: 15 %

Cám gạo: 15%

Trấu: 5 %