Thiết kế nhà máy sản xuất acid glutamic từ nguyên liệu tinh bột sắn và rỉ đường mía với năng suất 25000 tấn sản phẩmnăm

Thiết kế nhà máy sản xuất acid glutamic từ nguyên liệu tinh bột sắn và rỉ đường mía với năng suất mà còn có ý nghĩa lớn lao về xử lý môi trường vì tận dụng được các phế thải của các n

Thiết kế nhà máy sản xuất acid glutamic từ nguyên liệu tinh bột sắn và rỉ đường mía với năng suất

25000 tấn sản phẩm/năm

SVTH: Nguyễn Thị Thảnh GVHD: TS Đặng Đức Long

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

NĂNG SUẤT 25000 TẤN SẢN PHẨM/NĂM

Người hướng dẫn: TS.ĐẶNG ĐỨC LONG Sinh viên thực hiện: NGUYỄN THỊ THÀNH

Số thẻ sinh viên: 107120273 Lớp: 12SH

Đà Nẵng, 5/2017

Thiết kế nhà máy sản xuất acid glutamic từ nguyên liệu tinh bột sắn và rỉ đường mía với năng suất

mà còn có ý nghĩa lớn lao về xử lý môi trường vì tận dụng được các phế thải của các ngành công nghiệp khác

Từ luận giải trên, tôi đã tiến hành thiết kế nhà máy sản xuất acid glutamic từ nguyên liệu tinh bột sắn và rỉ đường mía với năng suất 25000 tấn sản phẩm/năm Để đảm bảo sự vận hành tôi đã tiến hành tính toán các công đoạn và chọn thiết bị với các thông số kĩ thuật phù hợp để đạt được năng suất theo đề tài Với điều kiện tự nhiên và thuận lợi về giao thông, kinh tế xã hội, nguồn nguyên liệu, tại Bình Dương, nhà máy

sẽ được đặt tại đây để khai thác tối đa các nguồn lợi ở đây Nhà máy sẽ được xây dựng trên khu đất với diện tích 15500 m2 gồm phân xưởng sản xuất chính với diện tích 1944

m2 và các công trình hỗ trợ khác như: kho nguyên liệu, kho thành phẩm, nhà hành chính, nhà sinh hoạt, xưởng cơ điện, lò hơi, nhà xử lí nước thải, nhà để xe, nhà phát điện, kho nhiên liệu được bố trí hợp lí trong khu đất theo yêu cầu sản xuất

Tôi xin chân thành cám ơn đến Bố, Mẹ, những người thân trong gia đình đã động viên cả về vật chất lẫn tinh thần trong suốt thời gian theo học tại trường

Xin cám ơn tập thể lớp 12SH đã cùng sát cánh và giúp đỡ trong suốt 5 năm học

Đà Nẵng, tháng 5 năm 2017

Sinh viên

Nguyễn Thị Thảnh

CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan đây là đồ án tốt nghiệp của riêng tôi và được sự hướng dẫn khoa học của TS Đặng Đức Long Các nội dung nghiên cứu, kết quả trong đồ án này là trung thực được chính tôi thu thập từ các nguồn khác nhau có ghi rõ trong phần tài liệu tham khảo và chưa công bố dưới bất kỳ hình thức nào trước đây Những số liệu trong các bảng biểu phục vụ cho việc tính toán, nhận xét, đánh giá

Ngoài ra, trong đồ án còn sử dụng một số nhận xét, đánh giá cũng như số liệu của các tác giả khác, cơ quan tổ chức khác đều có trích dẫn và chú thích nguồn gốc Nếu phát hiện có bất kỳ sự gian lận nào tôi xin hoàn toàn chịu trách nhiệm về nội dung đồ án của mình Trường đại học Bách Khoa Đại Học Đà Nẵng không liên quan đến những

vi phạm tác quyền, bản quyền do tôi gây ra trong quá trình thực hiện (nếu có)

Sinh viên thực hiện

Nguyễn Thị Thảnh

SVTH: Nguyễn Thị Thảnh GVHD: TS Đặng Đức Long iii

MỤC LỤC

Tóm tắt

Nhiệm vụ đồ án

Lời cảm ơn……… i

Lời cam đoan……… ……… ii

Mục lục……….……… iii

Danh mục hình ảnh……….…x

Danh mục bảng biểu……… xi

Danh mục các từ viết tắt……… xii

LỜI MỞ ĐẦU 1

CHƯƠNG 1 LẬP LUẬN KINH TẾ KỸ THUẬT 2

1.1 Đặc điểm tự nhiên và vị trí xây dựng 2

1.2 Nguồn cung cấp nguyên liệu 3

1.3 Khả năng hợp tác hóa 3

1.4 Giao thông vận tải 4

1.5 Nguồn cung cấp điện, hơi và nhiên liệu 4

1.6 Nguồn cung cấp nước và vấn đề xử lý nước thải 4

1.7 Nguồn nhân công 4

1.8 Thị trường tiêu thụ sản phẩm 4

CHƯƠNG 2 TỔNG QUAN TÀI LIỆU 6

2.1 Khái quát về acid glutamic 6

2.1.1 Khái niệm 6

2.1.2 Tính chất vật lý 6

2.1.3 Tính chất hóa học 6

2.1.4 Vai trò của L-AG 7

2.2 Phương pháp sản xuất acid glutamic [6, tr13 - 15] 8

2.2.1 Phương pháp tổng hợp hóa học 8

2.2.2 Phương pháp thủy phân 8

2.2.3 Phương pháp sinh tổng hợp (phương pháp lên men) 9

2.2.4 Phương pháp kết hợp 10

2.3 Nguyên liệu sản xuất acid glutamic 10

2.3.1 Tinh bột sắn 10

2.3.2 Rỉ đường mía 11

2.4 Chủng vi sinh vật 12

2.5 Các yếu tố ảnh hưởng đến sự hình thành acid glutamic 13

2.5.1 Nguồn Cacbon 13

2.5.2 Nguồn Nitơ 13

2.5.3 Nguồn muối vô cơ khác 13

2.5.4 Chất điều hòa sinh trưởng 13

2.5.5 Ảnh hưởng của pH 13

2.5.6 Ảnh hưởng của nhiệt độ 14

2.5.7 Ảnh hưởng của sự cung cấp oxy và khuấy trộn 14

CHƯƠNG 3 CHỌN VÀ THUYẾT MINH DÂY CHUYỀN CÔNG NGHỆ 15

3.1 Chọn phương pháp sản xuất 15

3.2 Sơ đồ và thuyết minh dây chuyền công nghệ 16

3.3 Thuyết minh dây chuyền công nghệ 18

3.3.1 Xử lý rỉ đường 18

3.3.2 Ly tâm dịch đường từ rỉ đường 18

3.3.3 Pha loãng dịch đường sau ly tâm 18

3.3.4 Hòa tan tinh bột sắn 18

3.3.5 Dịch hóa tinh bột 19

3.3.6 Làm nguội 19

3.3.7 Đường hóa tinh bột 19

3.3.8 Pha chế dịch lên men 20

3.3.9 Tiệt trùng, làm nguội dịch pha chế 20

3.3.10 Nhân giống 20

3.3.11 Lên men 22

3.3.12 Lọc dịch sau lên men 23

3.3.13 Cô đặc 23

3.3.14 Tẩy màu 23

SVTH: Nguyễn Thị Thảnh GVHD: TS Đặng Đức Long v

3.3.15 Acid hóa, kết tinh 24

3.3.16 Ly tâm 24

3.3.17 Sấy 25

3.3.18 Phân loại 25

3.3.19 Đóng gói 25

CHƯƠNG 4 TÍNH CÂN BẰNG VẬT CHẤT 27

4.1 Kế hoạch sản xuất của nhà máy trong một năm 27

4.2 Các số liệu ban đầu 27

4.3 Tính cân bằng vật chất 28

4.3.1 Đóng gói 29

4.3.2 Phân loại 29

4.3.3 Sấy, làm nguội 29

4.3.4 Ly tâm 30

4.3.5 Acid hóa và kết tinh 30

4.3.6 Tẩy màu 31

4.3.7 Cô đặc 31

4.3.8 Lọc dịch sau lên men 32

4.3.9 Lên men 33

4.3.10 Tiệt trùng, làm nguội dịch pha chế 34

4.3.11 Pha chế dịch lên men 34

4.3.12 Xử lý nguyên liệu tinh bột 35

4.3.13 Xử lý nguyên liệu rỉ đường 38

4.3.14 Giống 39

4.4 Tổng kết 41

CHƯƠNG 5 TÍNH TOÁN VÀ CHỌN THIẾT BỊ 43

5.1 Tính toán và chọn thiết bị 43

5.1.1 Bunke chứa tinh bột 43

5.1.2 Thiết bị hòa tan tinh bột sắn 45

5.1.3.Thiết bị dịch hóa tinh bột 46

5.1.4 Thiết bị làm nguội 48

5.1.5 Thiết bị đường hóa tinh bột 49

5.1.6 Thùng chứa rỉ đường 50

5.1.7 Thiết bị xử lý rỉ đường 51

5.1.8 Ly tâm rỉ đường 51

5.1.9 Thùng pha loãng rỉ đường 52

5.1.10 Thiết bị pha chế dịch lên men 53

5.1.11 Thiết bị tiệt trùng, làm nguội dịch pha chế 53

5.1.12 Thiết bị lên men 54

5.1.13 Thiết bị nhân giống sản xuất 55

5.1.14 Thiết bị lọc 57

5.1.15 Thiết bị cô đặc 58

5.1.16 Thiết bị tẩy màu 59

5.1.17 Thiết bị kết tinh 59

5.1.18 Thiết bị ly tâm 61

5.1.19 Thiết bị sấy 62

5.1.20 Thiết bị phân loại 62

5.1.21 Thiết bị đóng gói 63

5.2 Tính và chọn các thùng chứa 64

5.3 Thiết bị vận chuyển 66

5.3.1 Gàu tải 66

5.3.2 Băng tải 67

5.3.3 Băng tải làm nguội 68

5.3.4 Chọn bơm 68

5.4 Tổng kết thiết bị 71

5.4.1 Thiết bị chính trong quy trình sản xuất 71

5.4.2 Thùng chứa 72

CHƯƠNG 6 TÍNH TỔ CHỨC 73

6.1 Sơ đồ tổ chức nhà máy 73

6.2 Tổ chức lao động của nhà máy 74

6.2.1 Chế độ làm việc 74

6.2.2 Nhân lực nhà máy 74

CHƯƠNG 7 TÍNH XÂY DỰNG 77

SVTH: Nguyễn Thị Thảnh GVHD: TS Đặng Đức Long vii

7.1 Phân xưởng sản xuất chính 77

7.2 Kho chứa nguyên liệu 77

7.3 Kho thành phẩm 78

7.4 Phòng KCS 79

7.5 Trạm biến áp 79

7.6 Nhà hành chính 79

7.7 Xưởng cơ điện 80

7.8 Gara ô tô 80

7.9 Nhà để xe máy cho cán bộ công nhân viên 80

7.10 Nhà ăn 81

7.11 Đài chứa nước 81

7.12 Khu xử lý nước 81

7.13 Khu xử lý nước thải 81

7.14 Phân xưởng lò hơi 81

7.15 Nhà bảo vệ 82

7.16 Trạm phát điện dự phòng 82

7.17 Nhà sinh hoạt 82

7.18 Khu đất mở rộng 83

7.19 Quy cách bố trí mặt bằng nhà máy 83

CHƯƠNG 8 TÍNH HƠI – NƯỚC 86

8.1 Tínhnhiệt – hơi cho các công đoạn 86

8.1.1 Tính nhiệt cho thiết bị dịch hóa tinh bột 86

8.1.2 Tính nhiệt cho thiết bị đường hóa tinh bột 87

8.1.3 Tính nhiệt cho thiết bị xử lý rỉ đường 88

8.1.4 Tính nhiệt cho thiết bị tiệt trùng dịch pha chế 89

8.1.5 Sấy acidglutamic 91

8.1.6 Tính lượng hơi cô đặc 94

8.1.7 Tổng lượng hơi cần dùng 95

8.2 Tính nước 95

8.3 Tính chi phí nhiên liệu 95

8.3.1 Dầu Mazut (FO): 95

8.3.2 Dầu DO 96

8.3.3 Dầu nhờn 96

8.3.4 Xăng 96

CHƯƠNG 9 KIỂM TRA SẢN XUẤT VÀ ĐÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG 97

SẢN PHẨM 97

9.1 Kiểm tra đầu vào của nguyên liệu 97

9.1.1 Rỉ đường 97

9.1.2 Tinh bột sắn 97

9.2 Kiểm tra các công đoạn sản xuất 97

9.2.1 Xử lý nguyên liệu 97

9.2.2 Pha chế dịch lên men 97

9.2.3 Lên men 97

9.2.4 Công đoạn sau lên men 99

9.2.5 Công đoạn tinh chế 99

9.3 Kiểm tra chất lượng sản phẩm 99

CHƯƠNG 10 AN TOÀN LAO ÐỘNG 100

10.1 Các nguyên nhân gây tai nạn lao động 100

10.2 Những biện pháp hạn chế tai nạn lao động 100

10.3 Những yêu cầu cụ thể về an toàn lao động 101

10.3.1 Chiếu sáng và đảm bảo ánh sáng khi làm việc 101

10.3.2 Thông gió 101

10.3.3 An toàn về điện 101

10.3.4 An toàn sử dụng thiết bị 101

10.3.5 Phòng chống cháy nổ 101

10.3.6 An toàn với hoá chất 102

10.3.7 Chống sét 102

KẾT LUẬN 103

TÀI LIỆU THAM KHẢO 104

SVTH: Nguyễn Thị Thảnh GVHD: TS Đặng Đức Long ix

DANH MỤC HÌNH ẢNH

Hình 1.1 Bản đồ hành chính tỉnh Bình Dương 3

Hình 2.1 Cấu trúc phân tử acid glutamic 6

Hình 2.2 Corynebacterium glutamicum 12

Hình 3.1 Sơ đồ dây chuyền công nghệ sản xuất acid glutamic 17

Hình 5.1 Bunke chứa tinh bột 43

Hình 5.2 Thiết bị hòa tan tinh bột sắn 45

Hình 5.3 Thiết bị dịch hóa tinh bột 46

Hình 5.4 Thiết bị trao đổi nhiệt dạng tấm 48

Hình 5.5 Bể chứa rỉ đường 50

Hình 5.6 Thiết bị xử lý rỉ đường 51

Hình 5.7 Thiết bị ly tâm rỉ đường 52

Hình 5.8 Thiết bị pha loãng rỉ đường 53

Hình 5.9 Thiết bị lên men trao đổi khối mạnh 55

Hình 5.10 Thiết bị nhân giống 56

Hình 5.11 Thiết bị lọc dịch sau lên men 57

Hình 5.12 Thiết bị cô đặc chân không 58

Hình 5.13 Thiết bị tẩy màu Error! Bookmark not defined Hình 5.14 Thiết bị kết tinh Error! Bookmark not defined Hình 5.15 Thiết bị ly tâm Error! Bookmark not defined. Hình 5.16 Thiết bị sấy tầng sôi 62

Hình 5.17.Thiết bị phân loại 63

Hình 5.18 Thiết bị đóng gói 64

Hình 5.19 Thùng chứa Error! Bookmark not defined Hình 5.20 Gàu tải Error! Bookmark not defined. Hình 5.21 Băng tải 68

Hình 5.22 Bơm Pentax CM32-200A 69

Hình 5.23 Bơm ly tâm aukesha 114 70

Hình 6.1 Sơ đồ tổ chức nhà máy 73

Hình 7.1 Sơ đồ bố trí khu nhà hành chính 80

DANH MỤC BẢNG

Bảng 4.1 Biểu đồ sản xuất của nhà máy năm 2017 27

Bảng 4.2 Tổn hao qua các công đoạn sản xuất 28

Bảng 4.3 Bảng tổng kết tiêu hao nguyên liệu và bán thành phẩm 41

Bảng 5.1 Một số thông số kỹ thuật của thiết bị hòa tan tinh bột sắn 45

Bảng 5.2 Một số thông số kỹ thuật của thiết bị trao đổi nhiệt dạng tấm 48

Bảng 5.3 Một số thông số kỹ thuật của bể chứa rỉ đường 50

Bảng 5.4 Một số thông số kỹ thuật của thiết bị ly tâm ngang 52

Bảng 5.5 Thông số kỹ thuật thiết bị lên men dạng đứng 54

Bảng 5.6 Một số thông số kỹ thuật của thiết bị lọc khung bản 57

Bảng 5.7 Một số thông số kỹ thuật của thiết bị cô đặc chân không 58

Bảng 5.8 Một số thông số kỹ thuật của thiết bịl y tâm 61

Bảng 5.9 Một số thông số kỹ thuật của thiết bị sấy tầng sôi 62

Bảng 5.10 Một số thông số kỹ thuật của thiết bị phân loại 63

Bảng 5.11 Một số thông số kỹ thuật của thiết bị đóng gói 64

Bảng 5.12 Bảng liệt kê các thùng chứa 65

Bảng 5.13 Một số thông số kỹ thuật của bơm CM32 – 200A 68

Bảng 5.14 Một số thông số kỹ thuật của bơm C114 69

Bảng 5.15 Bảng chọn bơm cho các công đoạn 70

Bảng 5.16 Bảng tổng kết tính các thiết bị chính 71

Bảng 5.17 Thùng chứa 72

Bảng 6.1 Kế hoạch làm việc của nhân viên năm 2017 74

Bảng 6.2 Nhân lực lao động hành chính 74

Bảng 6.3 Số lao động theo ca 75

Bảng 7.1 Bảng tổng kết các công trình xây dựng trong nhà máy 83

SVTH: Nguyễn Thị Thảnh GVHD: TS Đặng Đức Long xi

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT

LỜI MỞ ĐẦU

Acid amin là một thành phần cần thiết cho cơ thể Thiếu một số acid amin là nguyên nhân gây nên bệnh tật hay suy giảm sức khỏe Trong đó, acid glutamic là một loại acid amin quan trọng, tham gia vào việc cấu tạo nên protein của cơ thể Trong 20 loại acid amin trong cơ thể thì acid glutamic thuộc loại acid amin thay thế, nghĩa là cơ thể có thể tổng hợp được Ở điều kiện bình thường, cơ thể không cần acid amin cung cấp từ bên ngoài, mà ngày nay chúng được dùng chủ yếu trong việc sản xuất chất điều

vị

Acid glutamic được tìm thấy đầu tiên nhờ Kikunae Ikeda, đã phân lập acid glutamic từ rong biển Tuy nhiên ngày nay acid glutamic được sản xuất từ các nguyên liệu như tinh bột, rỉ đường, Acid glutamic có vai trò quan trọng trong y học, sinh học, thực phẩm Đây là nguồn nguyên liệu chủ yếu sản xuất bột ngọt và một số chất điều vị khác, mục đích của nó là tạo hương vị làm thức ăn thêm ngon hơn [6, tr15]

Việc sản xuất acid glutamic là một việc cần thiết, là ngành công nghiệp quan trọng cho ngành công nghiệp chế biến thực phẩm, dược phẩm nói riêng và ngành công nghiệp nói chung Hiện nay ở nước ta vẫn còn ít các nhà máy sản xuất acid glutamic,

mà phần lớn là nhập từ nước ngoài, đây là lợi thế để xây dựng nhà máy sản xuất acid alutamic cung cấp cho thị trường trong nước cũng như xuất khẩu

Ở đề tài này tôi chọn: “Thiết kế nhà máy sản xuất acid glutamic từ nguyên liệu tinh bột sắn và rỉ đường mía với năng suất 25000 tấn sản phẩm/năm”

CHƯƠNG 1 LẬP LUẬN KINH TẾ KỸ THUẬT

Phát triển ngành công nghiệp chế biến thực phẩm là một yêu cầu cần thiết của việc phát triển nền kinh tế nước nhà trong thời kì đổi mới của chúng ta Để ngày càng nâng cao mức sống nhân dân, đáp ứng nhu cầu trong nước và tăng cường mở rộng thị trường xuất khẩu, sự phát triển của ngành thực phẩm đặc biệt là ngành sản xuất bột ngọt góp phần đem lại lợi nhuận cao cho nền kinh tế quốc dân Trong đó, acid glutamic là nguồn nguyên liệu chính để sản xuất bột ngọt và nhu cầu sử dụng acid glutamic như là nguồn nguyên liệu để sản xuất mỹ phẩm, dược phẩm, hóa chất, ngày càng tăng Việc thiết lập nhà máy sản xuất acid glutamic là cần thiết và có tính kinh tế, nó giải quyết được rất nhiều các sản phẩm nông nghiệp và thu hút được một lượng lớn lao động

Qua tìm hiểu về vị trí địa lý, khí hậu, hệ thống giao thông vận tải và các điều kiện khác, tôi quyết định chọn địa điểm xây dựng nhà máy sản xuất acid glutamic tại KCN

VISIP, huyện Thuận An, tỉnh Bình Dương

1.1 Đặc điểm tự nhiên và vị trí xây dựng

Địa điểm xây dựng nhà máy phải phù hợp với quy hoạch và đảm bảo sự phát triển chung về kinh tế địa phương Bình Dương là một tỉnh thuộc vùng Đông Nam Bộ Việt Nam, nằm trong vùng kinh tế trọng điểm phía Nam Phía Bắc giáp tỉnh Bình Phước, phía Nam giáp Thành phố Hồ Chí Minh, phía Đông giáp tỉnh Đồng Nai, phía Tây giáp tỉnh Tây Ninh và Thành phố Hồ Chí Minh Địa hình tương đối bằng phẳng, hệ thống sông ngòi và tài nguyên thiên nhiên phong phú Khí hậu mang đặc điểm nhiệt đới gió mùa, nóng ẩm với 2 mùa rõ rệt: mùa mưa bắt đầu từ tháng 5 đến 11, mùa khô bắt đầu từ tháng 12 đến tháng 4 năm sau Lượng mưa trung bình hằng năm là 1800 mm đến 2000

mm Nhiệt độ trung bình hằng năm là 26,5oC [12]

Bình Dương có cửa ngõ giao thương với Thành phố Hồ Chí Minh, trung tâm kinh tế - văn hóa của cả nước, có các trục giao thông huyết mạch của quốc gia chạy qua như quốc lộ 13, quốc lộ 14, đường Hồ Chí Minh, đường Xuyên Á, cách sân bay Tân Sơn Nhất và các cảng biển chỉ từ 10 – 15 km, thuận lợi cho phát triển kinh tế và xã hội toàn diện Hiện nay, Bình Dương có 28 KCN và cụm công nghiệp tập trung, có tổng diện tích hơn 8700 ha với hơn 1200 doanh nghiệp trong và ngoài nước đang hoạt động có tổng vốn đăng ký hơn 13 tỷ đôla Mỹ [12]

Từ các thông số trên, tôi chọn địa điểm đặt nhà máy tại KCN VISIP huyện Thuận

An tỉnh Bình Dương, với hướng gió chủ đạo là hướng Tây Nam

Hình 1.1 Bản đồ hành chính tỉnh Bình Dương 1.2 Nguồn cung cấp nguyên liệu

Nguồn nguyên liệu chủ yếu của nhà máy là tinh bột sắn và rỉ đường mía, thị trường cung cấp nguyên liệu rộng lớn Có thể được cung cấp từ các nhà máy chế biến tinh bột sắn tại khu vực huyện Thuận An và huyện Tân Uyên như: Công ty TNHH sản xuất hóa chất thương mại dịch vụ Gia Định; Công ty TNHH Tinh bột công nghiệp SUNCHUNG; Công ty TNHH Sản xuất–xuất khẩu lương thực Bình Dương, Nguồn nguyên liệu còn có thể được cung cấp từ các nhà máy sản xuất tinh bột sắn ở các tỉnh Tây Ninh, Gia Lai, Đắc Lắc, Bà Rịa Vũng Tàu, Rỉ đườg mía có thể nhập ở các nhà máy sản xuất đường ăn ở khu vực tỉnh Bình Dương như: Công Ty Cổ Phần Đường Bình Dương, Công Ty Cổ Phần Thương Mại Thành Thành Công, Đặng Thành - Công Ty TNHH Đặng Thành,

Việc ổn định nguyên liệu là điều kiện thuận lợi cho nhà máy đi vào hoạt động và nâng cao năng suất, chất lượng tốt

1.3 Khả năng hợp tác hóa

Nhà máy được đặt tại KCN VISIP nên việc hợp tác giữa nhà máy và các nhà máy khác rất thuận lợi Nhà máy hợp tác mọi mặt với các nhà máy khác về phương diện kinh tế, kỹ thuật

Việc hợp tác hóa giữa nhà máy với các nhà máy khác về mặt kinh tế kỹ thuật và việc liên hợp hóa sẽ làm giảm thời gian xây dựng, giảm vốn đầu tư và hạ giá thành sản phẩm [10, tr13,14] Do nguồn nguyên liệu tinh bột sắn và rỉ đường mía đều mua từ các

nhà máy khác, ngoài ra còn hợp tác với các nhà máy khác về bao bì, hộp cactoong, các

cơ sở sản xuất nguyên phụ liệu khác

1.4 Giao thông vận tải

Nhà máy thiết kế nằm trong KCN VISIP, nằm gần đường bộ (đến Thị trấn Lái Thiêu, Bình Dương 1km), gần đường sắt (cách ga Sài Gòn, Thành phố Hồ Chí Minh 25 km), gần đường không (cách sân bay Tân Sơn Nhất 30 km), gần cảng (cách Tân cảng, Thành phố Hồ Chí Minh 22 km), thuận tiện cho việc vận chuyển nguyên nhiên liệu vào nhà máy cũng như vận chuyển sản phẩm ra [13] Vấn đề giao thông không chỉ nhằm mục đích xây dựng nhà máy nhanh chóng mà còn là sự tồn tại và phát triển nhà máy trong tương lai

1.5 Nguồn cung cấp điện, hơi và nhiên liệu

Việc sử dụng điện để chạy động cơ, thiết bị và chiếu sáng Điện thế sử dụng thường là 110 – 220V/360V Tại chân KCN có trạm biến áp 40 MVA, mạng 22 KV trong KCN Nhà máy sử dụng lưới điện của KCN, ngoài ra nhà máy còn có máy phát điện dự phòng để đảm bảo hoạt động liên tục

Nhà máy được đặt trong KCN nên nên sẽ sử dụng nguồn điện, hơi, nhiên liệu có sẵn của KCN

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

Nước dùng trong nhà máy với mục đích chế biến, vệ sinh thiết bị và dùng cho sinh hoạt Nguồn cung cấp lấy từ hệ thống cung cấp nước của KCN

Trong KCN có Nhà máy cấp nước công suất 12000 m3/ngày Hệ thống thoát nước và

xử lý nước thải hoàn chỉnh

1.7 Nguồn nhân công

Vì nhà máy đặt ở KCN nên sẽ thu hút được nhiều cán bộ chuyên môn Cán bộ quản lý và cán bộ kỹ thuật của nhà máy được đào tạo tại các trường đại học như Kinh tế, Bách khoa, Tổng hợp, học tại khu vực thành phố Hồ Chí Minh, Đà Nẵng, Do Bình Dương và các tỉnh lân cận là vùng đông dân cư nên việc tuyển chọn công nhân tại địa phương nhà máy là dễ dàng (Dân số Bình Dương năm 2014 tổng cộng 1802500 người [12]) Đây là việc tiện lợi cho nhà máy vì tiện lợi cho việc sinh hoạt đi lại, giảm công trình nhà ở, giảm được chi phí ban đầu

1.8 Thị trường tiêu thụ sản phẩm

Nhà máy sản xuất acid glutamic với công nghệ hiện đại, chất lượng tốt có khả năng tiêu thụ trong cả nước, đẩy lùi acid glutamic ngoại nhập và tương lai sẽ xuất khẩu sang nước ngoài

Tóm lại: Với các điều kiện đã nêu trên thì khả năng xây dựng một nhà máy sản

xuất acid glutamic ở KCN VISIP, huyện Thuận An, tỉnh Bình Dương là hoàn toàn có thể

CHƯƠNG 2 TỔNG QUAN TÀI LIỆU

2.1 Khái quát về acid glutamic

Acid glutamic có công thức phân tử: C5H9NO4

Thuộc loại acid amin có chứa một nhóm amin và hai nhóm cacboxyl Công thức cấu tạo: HOOC – CH(NH2) – CH2 – CH2 – COOH

2.1.2 Tính chất vật lý

Acid L(+)–glutamic (thường gọi là acid glutamic) là những tinh thể không màu,

t0

nc = 247 – 249oC (phân hủy), thăng hoa ở 200oC, độ quay cực riêng với tia D ở 22oC

là 310 Ít tan trong nước, etanol; không tan trong ete, axeton Đóng vai trò quan trọng trong việc trao đổi đạm Dùng trong y học, trong nghiên cứu sinh hóa, bổ sung vào khẩu phần thức ăn Acid L (+) – glutamic có vị ngọt của thịt, còn acid D (-) – glutamic không

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

Tham gia phản ứng cháy, tác dụng với acid, tác dụng với bazo, tác dụng với muối, tác dụng với rượu tạo hợp chất mang nhóm chức este

2.1.4 Vai trò của L-AG

Trong những năm gần đây, việc nghiên cứu để sản xuất acid glutamic được đẩy mạnh nhất Càng ngày ta càng sử dụng nhiều acid glutamic trong việc nâng cao sức khỏe

và điều trị một số bệnh của con người

Acid glutamic rất cần cho sự sống, tuy là một loại amino acid không phải thuộc loại thay thế nhưng nhiều thí nghiệm lâm sàng cho thấy nó là một loại acid amin đóng vai trò quan trọng trong quá trình trao đổi chất của người và động vật, trong việc xây dựng protit, xây dựng các cấu tử của tế bào [6, tr3]

Acid glutamic có thể đảm nhiệm chức năng tổng hợp nên các aminoacid khác như: alanin, losin, cystein, prolin, oxyprolin, 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 thành phần protit và phần xám của não, đóng vai trò quan trọng trong các biến đổi sinh hóa ở hệ thần kinh trung ương, vì vậy trong y học còn sử dụng acid glutamic trong trường hợp suy nhược hệ thần kinh nặng, mệt mỏi, mất trí nhớ, sự đầu độc NH3 vào cơ thể, một số bệnh về tim, bệnh teo bắp thịt, [6, tr3]

L-AG dùng làm thuốc chữa các bệnh thần kinh và tâm thần, bệnh chậm phát triển trí óc ở trẻ em, bệnh bại liệt, bệnh hôn mê gan [6, tr3]

L-AG còn dùng làm nguyên liệu khởi đầu cho việc tổng hợp một số hóa chất quan trọng N-Acetylglutamat là chất hoạt động bề mặt, vi sinh vật có thể phân giải được, ít ăn da, được dùng rộng rãi trong công nghiệp mỹ phẩm, xà phòng và dầu gội đầu Acid oxopyrolidicarboxylic, một dẫn xuất khác của L-AG được dùng làm chất giữ

ẩm trong mỹ phẩm Acetylglutamat được dùng trong xử lý ô nhiễm nước biển do dầu hỏa và dầu thực vật gây nên [6, tr3]

L-AG phân bố rộng rãi trong tự nhiên dưới dạng hợp chất và dạng tự do, có trong thành phần cấu tạo của protein động thực vật Trong mô L-AG tạo thành từ NH3 và acid

α - xetoglutaric [6, tr3]

Trong cơ thể người, nếu thức ăn thiếu một số acid amin như alanine, lơxin, acid aspactic, prolin, xerin,… thì acid glutamic thừa sẽ được cơ thể sử dụng để tổng hợp các acid amin đó

Tính an toàn khi sử dụng acid glutamic: Bột ngọt (MSG) hay là muối natri của acid glutamic được sử dụng trong ngành công nghiệp thực phẩm như là một chất tăng

hương vị, có vị unami, làm tăng thêm hương vị thức ăn có mùi vị thơm ngon Một niềm tin phổ biến là bột ngọt có thể gây đau đầu và cảm giác khó chịu khác Nhưng các xét nghiệm không tìm thấy bằng chứng để hỗ trợ điều này MSG đã được sử dụng trong hơn

100 năm cho thực phẩm, với một số nghiên cứu tiến hành về sự an toàn của nó Các cơ quan quốc tế và quốc gia quản lý các chất phụ gia thực phẩm hiện nay xem xét MSG an toàn cho người tiêu dùng như là một chất tăng cường hương vị Trong điều kiện bình thường, con người có thể chuyển hóa lượng glutamate tương đối lớn, được sản xuất tự nhiên trong ruột trong quá trình thủy phân protein [14]

2.2 Phương pháp sản xuất acid glutamic [6, tr13 - 15]

Có nhiều phương pháp để sản xuất acid glutamic từ các nguồn nguyên liệu khác nhau Hiện nay, trên thế giới có bốn phương pháp cơ bản

2.2.1 Phương pháp tổng hợp hóa học

Phương pháp này ứng dụng các phản ứng tổng hợp hóa học để tổng hợp nên acid glutamic và các aminoacid khác từ khí thải của công nghiệp dầu hỏa hay các ngành khác

Ưu điểm:

- Có thể sử dụng nguồn nguyên liệu không phải thực phẩm để sản xuất

- Tận dụng được các phế liệu từ công nghiệp hóa dầu

Nhược điểm:

- Chỉ thực hiện ở những nước có nền công nghiệp hóa dầu phát triển

- Yêu cầu kĩ thuật cao

- Tạo ra hỗn hợp không quay cực D, L-acid glutamic, tăng chi phí cho việc tách L-acid glutamic dẫn đến tăng giá thành sản phẩm

2.2.2 Phương pháp thủy phân

Phương pháp này sử dụng các tác nhân là hóa chất hoặc enzyme để thủy phân các nguyên liệu có hàm lượng protein cao, tạo ra hỗn hợp các aminoacid trong đó có acid glutamic Sau đó tách acid glutamic ra khỏi hỗn hợp bằng phương pháp hóa lý

Ưu điểm:

- Khống chế được quy trình và các điều kiện sản xuất

- Có thể áp dụng vào các cơ sở thủ công, bán cơ giới

- Ổn định được chất lượng sản phẩm của từng mẻ

Nhược điểm:

- Cần sử dụng những nguyên liệu có hàm lượng protein cao

- Sử dụng nhiều thiết bị hóa chất, thiết bị chống ăn mòn

- Hiệu suất thấp dẫn đến giá thành cao

- Môi trường làm việc bị nhiễm độc bởi acid, ảnh hưởng sức khỏe

2.2.3 Phương pháp sinh tổng hợp (phương pháp lên men)

Phương pháp được sử dụng rộng rãi để sản xuất acid glutamic bằng cách dùng các chủng vi sinh vật có khả năng tổng hợp ra acid glutamic để sản xuất

Ưu điểm:

- Không cần sử dụng nguyên liệu giàu protein

- Không phải sử dụng nhiều hóa chất và thiết bị chống ăn mòn

- Hiệu suất cao, giá thành hạ

- Có thể sử dụng các loại nguyên liệu khác nhau

- Tạo ra acid glutamic dạng L, có hoạt tính sinh học cao

Nhược điểm:

- Quá trình đòi hỏi yêu cầu kĩ thuật cao và nghiêm ngặt

- Điều kiện khử trùng phải tốt, nếu không sẽ giảm hiệu suất thu hồi

2.2.3.1 Phương pháp lên men gián đoạn

Nguyên tắc của phương pháp này là đầu tiên tạo ra α - Ketoglutaric bằng các kĩ thuật vi sinh như nuôi cấy vi sinh vật Sau đó, chuyển hóa α - Ketoglutaric thành acid glutamic nhờ enzyme aminotransferanse và glutamatdehydrogenase

Nhược điểm của phương pháp này là dùng quá nhiều enzyme và acid amin làm nguồn amin cho phản ứng dây chuyền nên ít được dùng trong công nghiệp

2.2.3.2 Phương pháp lên men trực tiếp

Nguyên tắc của phương pháp này là sản xuất acid glutamic ngay trong dịch nuôi cấy bằng một loại vi sinh vật duy nhất Các sinh vật này đều có hệ enzyme đặc biệt có thể chuyển tiếp đường và NH3 thành acid glutamic trong môi trường

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

Từ những năm 50 của thế kỉ XIX, ở Nhật Bản đã chú ý đến phương pháp lên men trực tiếp acid glutamic và từ đó đến nay sản phẩm này hàng năm vẫn đứng đầu trong

công nghiệp acid amin Acid amin sản xuất chủ yếu ở Nhật Bản, chiếm 50% sản lượng thế giới, chủ yếu bằng phương pháp lên men trực tiếp

Tinh bột sắn được sản xuất trong quá trình chế biến củ sắn Có hai loại sắn đắng

và sắn ngọt khác nhau về hàm lượng tinh bột và xyanua Sắn đắng có nhiều tinh bột hơn nhưng đồng thời có nhiều xyanhydric, khoảng 200 – 300 mg/kg Sắn ngọt có ít xyanhydric (HCN) và được dùng làm lương thực, thực phẩm Sắn trồng ở các tỉnh phía Bắc chủ yếu là sắn ngọt và tinh bột thu được không có HCN

Thành phần hóa học của tinh bột sắn phụ thuộc chủ yếu vào trình độ kỹ thuật chế biến sắn Tinh bột sắn thường có các thành phần sau [6, tr16]:

Chất hòa tan : 0,1 – 1,3%

Tinh bột sắn có kích thước xê dịch trong khoảng khá rộng 5 – 40um Dưới kính hiển vi ta thấy tinh bột sắn có có nhiều hình dạng khác nhau từ hình nón đến hình bầu dục tương tự tinh bột khoai tây nhưng khác tinh bột ngô và tinh bột gạo ở những chổ không có hình đa giác

Cũng như các loại tinh bột khác tinh bột sắn gồm các mạch amilopectin và amiloza, tỉ lệ amilopectin và amiloza là 4:1 Nhiệt độ hồ hóa của tinh bột sắn nằm trong khoảng 60 – 80o

Thu nhận glucoza từ tinh bột sắn[6, tr16]:

+ Phương pháp thủy phân bằn acid: Trong sản xuất công nghiệp người ta

thường sử dụng dung dịch đường glucoza thủy phân từ tinh bột bằng aicd hoặc

enzyme Có hai loại acid: HCl và H2SO4 Dùng HCl thời gian thủy phân ngắn nhưng không tách được gốc acid ra khỏi dung dịch Dùng acid H2SO4 thời gian thủy phân dài, nhưng có thể tách gốc SO42- ra khỏi dung dịch đường bằng cách dùng CaCO3 trung hòa dịch thủy phân [6, tr16]

+ Phương pháp thủy phân bằng enzyme: Hai loại enzyme được dùng nhiều cho quá trình này là α – amylaza và γ- amylaza có nhiệm vụ phá hủy các mối liên kết α – 1,4 – glucozit của tinh bột tạo ra các sản phẩm có phân tử lượng lớn như dextrin bậc cao, dextrin bậc thấp, mantotrioza và cuối cùng là maltoza γ – amylaza có tác dụng thủy phân mối liên kết α – 1,4 và α – 1,6 – glucozit bắt đầu từ đầu không khử trên mạch amyloza và amylopectin và sản phẩm cuối cùng là glucoza Mỗi enzyme có pH và nhiệt

độ thích hợp, pH và nhiệt độ tối ưu của mỗi loại enzyme phụ thuộc vào nguồn gốc của

nó Trong công nghiệp người ta thường kết hợp α - amylaza bền nhiệt với γ – amylaza

của nấm mốc để phân tinh bột thành đường glucoza

Dịch đường sản xuất theo phương pháp enzyme có hiệu suất chuyển hóa cao hơn phương pháp acid, không chứa gốc acid và tạp chất có hại, rất thích hợp cho việc sản xuất glucoza tinh thể và cho lên men nhờ vi sinh vật

2.3.2 Rỉ đường mía

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

Thành phần của rỉ đường mía [6, tr17]:

Thành phần chính của rỉ đường là: Đường 62%; các chất phi đường 10%; nước 20%

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

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

+ Các chất phi đường gồm có các chất hữu cơ và vô cơ Các chất hữu cơ chứa nitơ của rỉ đường mía chủ yếu là các acid amin cùng với một lượng rất nhỏ protein và sản phẩm phân giải của nó Các acid amin từ nước mía dễ dàng đi vào rỉ đường vì phần lớn chúng rất dễ hoà tan trong nước trừ tiroxin và xistin

+ Các chất màu của rỉ đường bao gồm các chất caramen, melanoit, melanin và phức phenol Fe+2 Cường độ màu tăng 3 lần khi nhiệt độ tăng thêm 10oC Độ màu tăng

có nguồn gốc sâu xa từ sự biến đổi của sacaroza

2.4 Chủng vi sinh vật

Tham gia vào quá trình lên men sản xuất acid glutamic, chủng vi sinh thường

dùng gồm có: Corynebacterium glutanicum, Brevibacterium lactofermentus, Micrococus glutamicus, nhưng chủ yếu nhất vẫn là chủng Corynebacterium glutamicum Loại vi khuẩn này đã được nhà vi sinh vật Nhật Bản Kinosita phát hiện từ

1956, có khả năng lên men từ tinh bột, ngô, khoai, khoai mì để tạo ra acid glutamic

Ở đây, tôi chọn chủng đột biến Corynebacterium glutamicum (hình 2.2) không

bị giới hạn bởi nồng độ biotin vì giống này có khả năng sinh tổng hợp acid glutamic cao

và không bị khống chế bởi nồng độ biotin [6, tr52]

Giống vi khuẩn thuần khiết này được lấy từ ống thạch nghiêng tại các cơ sở giữ giống, sau đó được cấy truyền, nhân sinh khối trong môi trường Khối lượng sinh khối đuợc nhân lên đến yêu cầu phù hợp cho quy trình sản xuất đại trà Trước khi nhân, cấy, môi trường lỏng phải được tiệt trùng

Hình 2.2 Corynebacterium glutamicum [28]

Tất cả các loài vi sinh vật này đều có một số đặc điểm sau [34]:

+ Hình dạng tế bào từ hình cầu đến hình que ngắn

+ Vi khuẩn Gram (+)

+ Hô hấp hiếu khí

+ Không tạo bào tử

+ Không chuyển động được, không có tiêm mao

+ Biotin là yếu tố cần thiết cho sinh trưởng và phát triển

+ Tích tụ một lượng lớn glutamic từ hydrat cacbon và NH4+ trong môi trường có sục không khí

Chủng vi khuẩn giống phải có khả năng tạo ra nhiều acid glutamic, tốc độ sinh trưởng phát triển nhanh, có tính ổn định cao trong thời gian dài, chịu được nồng độ acid

cao, môi trường nuôi cấy đơn giản, dễ áp dụng trong thực tế sản xuất

2.5 Các yếu tố ảnh hưởng đến sự hình thành acid glutamic

2.5.2 Nguồn Nitơ

Cung cấp nitơ cho quá trình lên men acid glutamic là rất quan trọng bởi vì nitơ cần cho việc tổng hợp protein tế bào và chiếm tới 9,5% trọng lượng phân tử acid glutamic Người ta thường dùng các loại muối chứa NH4+ như NH4Cl (NH4)2SO4, (NH4)2HPO4, NH4H2PO4 hay NH3 hoặc urê làm nguồn cung cấp nguồn nito [6, tr67]

2.5.3 Nguồn muối vô cơ khác

Các ion vô cơ cần cho sinh trưởng và tích lũy acid glutamic Sự có mặt của các ion sau đây là cần thiết: K+, Mg+2, Fe+2, Mn+2, SO4+2, PO4+3.Trong đó K+, Fe+2 và đặc biệt là Mn+2 là quan trọng để thu lượng lớn acid glutamic, K+ cần cho tích lũy acid glutamic nhiều hơn là cho sinh trưởng [6, tr67]

2.5.4 Chất điều hòa sinh trưởng

Chất điều hòa sinh trưởng quan trọng bậc nhất trong môi trường lên men acid glutamic nhờ các giống thiên nhiên là biotin Để có hiệu suất lên men cao nồng độ biotin phải nhỏ hơn nồng độ tối ưu cần thiết cho sinh trưởng, thích hợp nhất là từ 2 - 5 µg/l môi trường [6, tr67,68] Biotin quyết định sự tăng trưởng tế bào, quyết định cấu trúc màng tế bào, cho phép acid glutamic thấm ra ngoài môi trường hay không và có vai trò quan trọng trong cơ chế oxy hóa cơ chất tạo nên acid glutamic

2.5.5 Ảnh hưởng của pH

pH tối ưu cho sinh trưởng và tạo L-AG của các vi khuẩn sinh L-AG là trung tính hoặc hơi kiềm Khi dùng môi trường sacarit người ta phải điều chỉnh pH suốt quá trình

lên men vì môi trường luôn có xu hướng trở nên acid do sự hình thành L-AG và các acid hữu cơ khác gây nên Liên tục bổ sung NH4+ để thực hiện hai chức năng cơ bản là điều chỉnh pH và cung cấp NH3 cho việc tổng hợp phân tử L-AG Có thể thay nhóm amôn bằng urê vì phần lớn ta có thể đưa NH3 dưới dạng khí hoặc nước vào lên men để điều chỉnh pH trong khoảng 7 - 8 giờ, tối ưu cho sinh trưởng 0và tạo L-AG [6, tr68]

2.5.6 Ảnh hưởng của nhiệt độ

Đa số vi khuẩn sinh L - AG sinh trưởng và tạo L-AG tốt ở 30 – 35oC , số ít ở 35

- 37ºC, cá biệt ở 41 - 43ºC Khi tiến hành quá trình nuôi dưỡng chính ở 37ºC và nuôi dưỡng phụ ở 30ºC thì hiệu suất chuyển hoá là 15% và kéo theo sự chuyển hoá của acid lactic Người ta biết có thể thay đổi nhiệt độ nuôi dưỡng khi thay đổi môi trường dinh dưỡng [6, tr68]

2.5.7 Ảnh hưởng của sự cung cấp oxy và khuấy trộn

Sự cung cấp oxy và khuấy trộn trong khi lên men có ý nghĩa vô cùng quan trọng

Do vi khuẩn lên men thuộc loại hiếu khí nên nếu không cung cấp đủ oxy cho chúng, đồng thời CO2 sinh ra trong quá trình biến dưỡng quá nhiều thì tế bào vi khuẩn có khả năng chết, làm cho sinh khối giảm kéo theo sự suy giảm cả về lượng acid glutamic sản xuất Việc này nhằm hai mục đích:

Duy trì nồng độ oxy hòa tan ở mức trên giá trị tới hạn

Khống chế nồng độ CO2 ảnh hưởng rất lớn tới sinh trưởng và tích lũy acid glutamic của vi khuẩn [6, tr69]

CHƯƠNG 3 CHỌN VÀ THUYẾT MINH DÂY CHUYỀN CÔNG NGHỆ

3.1 Chọn phương pháp sản xuất

Nhận thấy rằng trong các phương pháp sản xuất acid glutamic thì phương pháp lên men là tối ưu nhất, phù hợp với quy mô sản xuất công nghiệp Sản xuất acid glutamic bằng phương pháp lên men người ra sử dụng 2 phương pháp là lên men 2 giai đoạn (gián đoạn) và lên men 1 giai đoạn (trực tiếp)

Phương pháp lên men gián đoạn

Nguyên tắc của phương pháp này là đầu tiên tạo ra α-Ketoglutaric bằng các kĩ thuật vi sinh như nuôi cấy vi sinh vật Sau đó, chuyển hóa α-Ketoglutaric thành acid glutamic nhờ enzyme aminotransferanse và glutamatdehydrogenase

Nhược điểm của phương pháp này là dùng quá nhiều enzyme và acid amin làm nguồn amin cho phản ứng dây chuyền nên ít được dùng trong công nghiệp

Phương pháp lên men trực tiếp

Nguyên tắc của phương pháp này là sản xuất acid glutamic ngay trong dịch nuôi cấy bằng một loại vi sinh vật duy nhất Các sinh vật này đều có hệ enzyme đặc biệt có thể chuyển tiếp đường và NH3 thành acid glutamic trong môi trường

Ưu điểm:

- Sử dụng đường làm nguyên liệu có hiệu suất cao

- Nguyên liệu sử dụng rẻ tiền, dễ kiếm

- Nguyên liệu có đủ các thành phần dinh dưỡng cho quá trình lên men

Từ những năm 50 của thế kỉ XIX, ở Nhật Bản đã chú ý đến phương pháp lên men trực tiếp acid glutamic và từ đó đến nay sản phẩm này hàng năm vẫn đứng đầu trong công nghiệp acidamin Acid amin sản xuất chủ yếu ở Nhật Bản, chiếm 50% sản lượng thế giới, chủ yếu bằng phương pháp lên men trực tiếp

Với những ưu điểm như vậy, ở đây tôi chọn phương pháp lên men một giai đoạn

sử dụng vi khuẩn Corynebacterium glutamicum để sản xuất acid glutamic

3.2 Sơ đồ và thuyết minh dây chuyền công nghệ

Qua tham khảo sách công nghệ sản xuất mì chính của GS.TS Nguyễn Thị Hiền, giáo trình sản xuất acid glutamic của PGS.TS Trương Thị Minh Hạnh, cùng một số tài liệu liên quan, tôi xin đưa ra quy trình sản xuất acid glutamic như sau:

Giống

Bã

Dịch hóa (pH 5,5 - 7

90 - 110 o C, 40 phút)

Hòa tan

Bx = 33 - 44%

Làm nguội (60 – 62 o C)

Đường hóa (pH 4,2 - 4,5

60 - 62 o C, 40 – 60ph)

Pha chế dịch lên men (pH 6,7-6,9)

Tiệt trùng, làm nguội (T 1 = 125 o C, 15 phút

T 2 = 28 - 30 o C)

Lên men (Urê 1,8%, dầu lạc 0,1%, pH= 6,7-8 T= 32 o C, 40 giờ

Pha loãng dịch đường

Hình 3.1 Sơ đồ dây chuyền công nghệ sản xuất acid glutamic

Kết tinh (pH= 3,22; 48 giờ)

Cô đặc chân không (T= 70 o C, P ck = 600mmHg

P hơi ≤ 1kg/cm 2 , Bx=30%)

Tẩy màu Lọc trong

Sấy

3.3 Thuyết minh dây chuyền công nghệ

3.3.1 Xử lý rỉ đường

Mục đích: Mục đích chính của xử lý rỉ đường là loại bỏ các tạp chất không mong

muốn và các vi sinh vật tạp nhiễm, thuỷ phân dịch đường thành các đường đơn

Quá trình xử lý này còn nhằm loại canxi (Decalcium), iôn canxi làm ảnh hưởng đến quá trình kết tinh glutamic Ngoài ra H2SO4 được sử dụng để loại canxi còn có vai trò thủy phân đường sacaroza trong rỉ đường thành glucoza - nguồn dinh dưỡng cho vi sinh vật sử dụng

Thiết bị: Sử dụng thiết bị thuỷ phân rỉ đường bên trong có tráng men chịu acid

làm việc gián đoạn, có dạng hình trụ, nắp bằng và đáy hình nón

3.3.2 Ly tâm dịch đường từ rỉ đường

Mục đích: Tách dung dịch sau khi thủy phân ra làm hai phần: Phần lỏng và phần

rắn Phần lỏng gồm glucoza, fructoza được đưa đi pha loãng, tiệt trùng để chuyển vào quá trình lên men Phần rắn gồm CaSO4, K2SO4, CaK2(SO4) được chuyển đi ly tâm lần

2 Sau ly tâm lần 2, pha lỏng chuyển vào thùng đựng dịch lên men Phần rắn được loại

bỏ

Thiết bị: Sử dụng máy ly tâm nằm ngang

3.3.3 Pha loãng dịch đường sau ly tâm

Mục đích: Dịch đường sau ly tâm rỉ đường cần được pha loãng đến nồng độ

thích hợp để làm môi trường lên men cho vi sinh vật Pha loãng đến nồng độ 45% Lượng dịch rỉ đường 45% được bổ sung tỉ lệ 1:1 với dịch đường thủy phân từ tinh bột

Thiết bị: Sử dụng thiết bị bằng thép, thân hình trụ, đáy và nắp hình chỏm cầu,

bên trong có cánh khuấy

3.3.4 Hòa tan tinh bột sắn

Mục đích: Nhằm làm trương nở các hạt tinh bột, tạo điều kiện thuận lợi dễ dàng

cho quá trình thủy phân

H2SO4

Thông số kỹ thuật:

Sử dụng nước nóng: to = 52 – 59oC

Nồng độ tinh bột hòa tan khoảng 33 – 40% [5, tr10]

Thời gian: 40 phút

Thiết bị: Thiết bị hòa tan được chế tạo bằng thép không gỉ, thân hình trụ, đáy và

nắp hình chỏm cầu, bên trong có cánh khuấy

3.3.5 Dịch hóa tinh bột

Mục đích: Chuyển hệ huyền phù các hạt tinh bột thành dạng dung dịch hòa tan

chứa các dextrin có chiều dài mạch ngắn hơn

Thiết bị: Tiến hành dịch hóa trong nồi 2 vỏ làm bằng thép không gỉ, có thân dạng

hình trụ, đáy hình chỏm cầu, bên trong có cánh khuấy nằm sát đáy, bên ngoài có lớp áo

hơi

3.3.6 Làm nguội

Mục đích: Dịch tinh bột sau khi dịch hóa có nhiệt độ khoảng 90 - 110oC, do đó phải làm nguội để nhiệt độ tinh bột giảm xuống vào khoảng 60 - 62oC thích hợp cho quá trình đường hóa tiếp theo

Thông số kỹ thuật: Nhiệt độ làm nguội là 60 - 62oC Sử dụng nước làm lạnh để trao đổi nhiệt

Thiết bị: Để làm nguội, ta sử dụng thiết bị trao đổi nhiệt dạng tấm

3.3.7 Đường hóa tinh bột

Mục đích: Nhằm chuyển dịch dextrose thành đường glucose – nguồn dinh dưỡng

mà vi sinh vật lên men có thể sử dụng được

Trong giai đoạn đường hóa, dịch thu được sau quá trình dịch hóa được tiếp tục thủy phân tới glucoza

Thông số kỹ thuật:

Để quá trình đường hóa xảy ra hoàn toàn người ta sử dụng enzyme γ - amylase

Để bổ sung enzyme y-amylase người ta sử dụng chế phẩm enzyme Dextrozyme GA

Quá trình tiến hành ở điều kiện: pH 4,2 – 4,5, nhiệt độ 60 – 62oC, thời gian 40 –

60 phút Chọn thời gian đường hóa là 60 phút

Thiết bị: Sử dụng thiết bị như thiết bị dịch hóa

3.3.8 Pha chế dịch lên men

Mục đích: Phối trộn giữa dịch tinh bột đã đường hóa và dịch rỉ đường sau pha

loãng cùng với các chất khoáng tạo ra môi trường thích hợp thuận lợi cho vi sinh vật

Corynebacterium glutamicum lên men tạo sinh khối sau này

Thông số kỹ thuật:

pH được điều chỉnh đến 6,7 - 6,9 Dịch pha chế có nồng độ đường Bx = 10 - 30% Pha dịch thủy phân từ tinh bột có nồng độ đường 10% với dịch đường pha loãng từ rỉ đường có nồng độ đường 45% theo tỉ lệ 1:1

Nồng độ hóa chất sử dụng [6, tr84]:

Bảng 3.1 Nồng độ hóa chất pha chế dịch lên men

Hóa chất Nồng độ bổ sung (%)

Thiết bị: Sử dụng thiết bị pha chế thân hình trụ, đáy và nắp hình cầu làm bằng

thép không gỉ, giống thiết bị hòa tan tinh bột nhưng khác về kích thước

3.3.9 Tiệt trùng, làm nguội dịch pha chế

Thiết bị: Sử dụng thiết bị tiệt trùng bản mỏng Thiết bị gồm những bản mỏng

ghép lại với nhau, trên tấm bản có rãnh để dịch trao đổi nhiệt với tác nhân truyền nhiệt Quá trình tiệt trùng và làm nguội được thực hiện trong cùng 1 thiết bị

3.3.10 Nhân giống

Mục đích: Tạo ra đủ số lượng giống cần thiết cho quá trình lên men

Quá trình nhân giống được tiến hành qua các bước sau [6, tr117]:

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

3.3.11.1 Cấy truyền ra ống thạch nghiêng

Môi trường thạch nghiêng [6, tr117]:

Tiến hành: Dùng que cấy giống gốc từ các ống thạch nghiêng để vào tủ ấm trong 24h

cho khuẩn lạc phát triển, ta được giống đời 1, cấy truyền sang ống thạch nghiêng một lần nữa

ta được giống đời 2

3.3.11.2 Giống cấp 1

Môi trường giống cấp 1 [6, tr117]:

Đường glucoza tinh khiết : 2,5%

Chuẩn bị môi trường: Dùng nước hoà tan các chất cho vào các bình tam giác

3000 ml, sau đó điều chỉnh pH= 7 - 7,2, sau đó đem đi tiệt trùng 20 - 30 phút, áp lực 1kg/cm2, sau đó để nguội xuống 50 – 60oC 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 24h, sau đó bảo quản lạnh ở 5oC

3.3.11.3 Giống cấp 2

Môi trường cấp 2 [6, tr117]:

Tiến hành: Quá trình nuôi giống khống chế ở nhiệt độ 32oC, áp suất 1kg/cm3 không tiếp ure và dầu như quá trình lên men chính, lượng không khí cho vào khoảng 850 - 1100 lít/giờ, kiểm tra pH mỗi giờ 1 lần hoặc lượng không khí tăng dần tính từ giống nhỏ sang lên

men chính theo tỉ lệ 1,0 - 0,25 - 0,5l/phút (1 lít không khí/lít môi trường/1 phút)

Thiết bị: Bồn nhân giống làm bằng thép không gỉ thân hình trụ có đáy và nắp

hình chỏm cầu giống thiết bị hòa tan tinh bột nhưng khác về kích thước

3.3.11 Lên men

Mục đích: Thông qua hoạt động sống của vi sinh vật trong những điều kiện thích

hợp để chuyển hóa đường và đạm thành acid glutamic [6, tr120]

Phương trình lên men:

C6H12O6 + NH3 + 1,5O2 C5H9O4N + CO2 +3H2O Thông số kỹ thuật:

Nồng độ dịch đường từ thủy phân tinh bột là 10%, nồng độ dịch đường từ rỉ đường là 45%, bổ sung theo tỷ lệ 1:1, với hiệu suất lên men khoảng 80% ta thu được nồng độ acid glutamic khoảng 17%

Nhiệt độ luôn giữ ở 32oC Giai đoạn đầu nhiệt độ khoảng 30 – 32oC, giai đoạn sau tăng lên 36 – 37oC

Lượng oxy cung cấp: 40 – 90 mg/lít.phút Nếu thừa oxy thì sản phẩm chủ yếu là

α - xetoglutarat, còn nếu thiếu oxy thì sản phẩm chủ yếu là acid lactic

pH = 6,7 – 8 Quá trình lên men pH thay đổi do có sự tạo thành acid hữu cơ nên

ta điều chỉnh pH bằng các muối amoni, NH3 để cung cấp nito

Biotin: Ngày nay người ta sử dụng chủng vi sinh vật không phụ thuộc vào hàm lượng biotin, vì vậy hàm lượng biotin không còn ảnh hưởng đến sự lên men

Thời gian lên men là 38 - 40h, chọn 40h [5, tr10]

Trong quá trình lên men, đường được bổ sung liên tục tới cuối giai đoạn giữa Khi bọt nhiều phải tiếp giống để phá bọt tạo điều kiện để CO2 thoát ra

Xử lý urê: urê tham gia vào thành phần môi trường gồm urê đầu và urê tiếp trong quá trình Urê đầu là urê cho vào môi trường, sau khi môi trường được thanh trùng và làm nguội đạt nhiệt độ 32oC và trước khi tiếp giống, hàm lượng urê đầu tiếp vào phải tính sao cho sau khi tiếp là 1,8% so với lượng môi trường

Xử lý bọt: Trong quá trình lên men, do hoạt động các chất lên men 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 dầu lạc thô để phá bọt [5, tr10]

Thiết bị: Quá trình lên men được thực hiện trong thiết bị lên men trao đổi khối mạnh

3.3.12 Lọc dịch sau lên men

Mục đích: Tách acid glutamic ra khỏi dịch sau lên men

Thiết bị: Sử dụng thiết bị lọc khung bản

Đặc điểm:

Thiết bị làm bằng chất chống ăn mòn thép không gỉ, để lọc dịch có các giá trị pH khác nhau, ứng dụng của thiết bị lọc áp lực hạn chế, ít hao mòn, chất lượng tốt, lọc hiệu quả Bao gồm các tấm bộ lọc, bộ lọc khu vực, một lưu thông lớn, và có thể được lọc theo giải pháp của quá trình sản xuất khác nhau theo yêu cầu và lưu lượng sản xuất dựa trên nguời dùng Số lượng tấm có thể thay đổi được sao cho phù hợp với yêu cầu sản xuất, vì vậy thiết bị này rất linh hoạt trong sản xuất Thiết bị có các tấm lọc hình phẳng, kết cấu tiên tiến, biến dạng, dễ dàng làm sạch hiệu quả có thể tăng tuổi thọ của màng tế bào, làm giảm chi phí sản xuất

Mục đích: Dùng than hoạt tính để hấp thụ những chất màu, tạp chất được sinh

ra trong quá trình lên men

Thiết bị: Sử dụng thiết bị tẩy màu có cột than hoạt tính cố định và cho dung dịch

cần tẩy đi qua cột

3.3.15 Acid hóa, kết tinh

Mục đích: Chuyển acid glutamic từ pha lỏng sang pha rắn tinh thể

Có rất nhiều phương pháp kết tinh acid glutamic: Phương pháp điểm đẳng điện, phương pháp dùng dung môi hữu cơ, phương pháp hydroclorid của acid glutamic, phương pháp trao đổi ion, phương pháp điểm đẳng điện

Chọn phương pháp kết tinh bằng điểm đẳng điện vì phương pháp này đơn giản,

dễ thực hiện, đang được áp dụng nhiều Bằng cách đưa pH dung dịch về điểm đẳng điện của acid glutamic tạo điều kiện cho quá trình làm lạnh và kết tinh

Tiến hành: Toàn bộ dung dịch acid glutamic thu được trên được đưa về thùng

kết tinh Cho cánh khuấy hoạt động liên tục để ngăn ngừa acid glutamic kết tủa quá sớm, kết tinh nhỏ và hiệu quả thấp Cho HCl 37% vào để tạo điểm đẳng điện ở pH = 3,22 thì

thôi và bắt đầu làm lạnh

Dịch acid glutamic sau khi đạt pH đẳng điện thì cho nước lạnh khoảng 5oC vào

vỏ thùng và làm lạnh Trong quá trình này, cánh khuấy hoạt động liên tục, khuấy trộn

và cho hạt tinh thể ở ngoài vào với một lượng ít (khoảng 1 - 2%), làm cho dung dịch ở trạng thái không ổn định, chịu sự kích thích mà xuất hiện tinh thể chóng hơn Phương pháp này rút ngắn trước thời gian tạo mầm nhưng không khống chế lượng mầm nhiều hay ít, không ổn định Sau ít nhất 48h thì quá trình kết tinh kết thúc Chọn thời gian kết tinh là 48h [6, tr128]

Thiết bị: Sử dụng thiết bị kết tinh 2 vỏ, bên ngoài có lớp áo lạnh, bên trong có

cánh khuấy Chế tạo bằng thép không gỉ, thân hình trụ, đáy và nắp hình nón

3.3.16 Ly tâm

Mục đích: Tách pha rắn và pha lỏng sau khi kết tinh nhằm tạo điều kiện thuận

lợi cho quá trình sấy

Pha rắn: Gồm acid glutamic đã kết tinh và lắng xuống, thu được acid glutamic

ẩm

Pha lỏng: Gồm nước và một ít acid glutamic không kết tinh hòa tan vào, ta gọi

đó là nước cái Phần nước cái đưa đi kết tinh lại

Thiết bị: Dùng máy ly tâm lọc SGZ1250 do Trung Quốc sản xuất

3.3.17 Sấy

Mục đích: Làm giảm hàm lượng ẩm của acid glutamic thành phẩm xuống mức

thấp nhất Đồng thời để làm bóng hạt acid glutamic và tạo điều kiện thuận lợi cho quá trình sau

Thông số kỹ thuật: Độ ẩm acid glutamic sau khi sấy: 0,5–1% [5, tr12]

Thiết bị: Sử dụng thiết bị sấy tầng sôi

Đặc điểm:

- Tốc độ gia nhiệt nhanh, đồng đều

- Tiết kiệm năng lượng, hiệu quả cao

- Dễ điều khiển, linh hoạt và thao tác thuận tiện

- Không bay bụi, dễ vệ sinh

- Nguyên liệu thu hồi cao

Nguyên liệu sau khi sấy, được làm nguội trên băng tải làm nguội trước khi vào bao gói

3.3.18 Phân loại

Mục đích: Acid glutamic sau khi làm nguội được đưa vào thiết bị phân loại,

nhằm phân riêng các hạt có cùng kích thước

Thiết bị: Sử dụng thiết bị sàng rung phân loại XZS2000 do Trung Quốc sản

- Máy đóng gói trong các túi từ 50 - 1000g, tạo điều kiện thuận lợi cho quá trình bảo quản vận chuyển và sử dụng

Thiết bị: Sử dụng máy đóng gói đứng SLIV-420 do Trung Quốc sản xuất có các đặc điểm sau:

- Dùng điều khiển biến tần PLC, OMRON Nhật Bản, màn hình hiển thị tiếng Anh,

tự động hóa cao, thao tác dễ dàng

- Hệ thống tạo túi có mắt thần định vị điểm màu, tạo túi chính các, tốc độ cao, vận hành ổn định, tiếng ồn thấp

- Tự động hoàn thành quy trình Tạo túi - định lượng - đổ liệu – hàn - cắt - in date

- Vỏ máy hoàn toàn chế tạo bằng inox, hình dáng đẹp

- Định lượng cân điện tử chính xác, độ sai lệch 2% Đầu cân định lượng tháo ra vệ sinh dễ dàng

- Sản phẩm đóng gói không bị vỡ, nát