M c l cụ ụ MỞ ĐẦU 4 CHƯƠNG I TỔNG QUAN 7 1 1 Xylan và tính chất của xylan 7 1 1 1 Xylan 7 1 1 2 Cấu trúc của xylan 7 1 1 3 Tính chất của xylan 7 1 2 Tổng quan về Xylanase 8 1 2 1 Nguồn gốc xylanase 9[.]
Mục lục MỞ ĐẦU .4 CHƯƠNG I: TỔNG QUAN 1.1 Xylan tính chất xylan .7 1.1.1 Xylan 1.1.2 Cấu trúc xylan 1.1.3 Tính chất xylan 1.2 Tổng quan Xylanase .8 1.2.1 Nguồn gốc xylanase .9 1.2.2 Cấu trúc xylanase 1.2.3 Ứng dụng Xylanase .10 1.2.4 Vi sinh vật sản xuất xylanase .10 CHƯƠNG II: LỰA CHỌN VÀ THUYẾT MINH DÂY CHUYỀN SẢN XUẤT XYLANASE 12 2.1 Thị trường enzyme 12 2.2 Phương án sản phẩm 13 2.2.1 Tệp khách hàng 13 2.2.2 Đặc tính mong đợi sản phẩm 13 2.3 Chọn quy trình sản xuất .14 2.3.1 Chọn chủng sản xuất 14 2.3.2 Chọn phương pháp lên men .17 2.3.3 Thành phần môi trường 20 2.3.4 Nghiền nguyên liệu 21 2.3.5 Thanh trùng 23 2.3.6 Sấy sản phẩm sau lên men 24 2.3.7 Nghiền sản phẩm 27 Dgtaurus 2.4 Sơ đồ quy trình cơng nghệ 28 2.5 Thuyết minh quy trình cơng nghệ .29 2.5.1 Xử lý rơm rạ .29 2.5.2 Thanh trùng làm nguội 29 2.5.3 Phối trộn .29 2.5.4 Hoạt hóa nhân giống 30 2.5.5 Cấy giống 31 2.5.6 Lên men 31 2.5.7 Sấy 33 2.5.8 Nghiền sản phẩm 33 2.5.9 Đóng gói bảo quản 33 CHƯƠNG III: TÍNH TỐN CÂN BẰNG SẢN PHẨM 34 3.1 Kế hoạch sản xuất phân xưởng 34 3.2 Các số liệu ban đầu 34 3.3 Giả thiết hao hụt qua công đoạn 34 3.4 Cân vật chất 35 3.4.1 Bảo quản .35 3.4.2 Bao gói .35 3.4.3 Nghiền 35 3.4.4 Sấy, lên men,phối trộn 35 3.4.5 Lượng nguyên liệu ban đầu 36 3.5 Nhân giống 37 3.5.1 Nhân giống cấp 37 3.5.2 Nhân giống cấp 37 3.5.3 Hoạt hóa, giữ giống 37 3.6 Tổng kết .38 Dgtaurus CHƯƠNG IV: TÍNH VÀ CHỌN THIẾT BỊ 40 4.1 Chọn cân 40 4.2 Máy nghiền rơm 41 4.3 Băng tải trục vít chuyển rơm vào silo chứa .42 4.4 Silo chứa rơm 43 4.5 Thiết bị trùng dinh dưỡng môi trường .44 4.6 Bồn khuấy trộn môi trường .44 4.7 Gàu tải vật liệu vào thùng lên men 45 4.8 Thiết bị lên men 45 4.9 Nhân giống 46 4.9.1 Thiết bị nhân giống cấp 46 4.9.2 Thiết bị nhân giống cấp 47 4.9.3 Hoạt hóa .47 4.10 Thiết bị nghiền sản phẩm 47 4.11 Đóng gói 48 TÀI LIỆU THAM KHẢO 49 Dgtaurus MỞ ĐẦU Nông nghiệp là ngành kinh tế quan trọng của Việt Nam Mặc dù tỷ trọng nông nghiệp GDP nước giảm năm gần đây, đóng góp vào tăng trưởng kinh tế ổn định mức 16-18%. Ngành cơng nghiệp đóng vai trị quan trọng tạo 40% tổng số việc làm cho lực lượng lao động nước Và chăn nuôi lĩnh vực đóng góp cho ngành nơng nghiệp với đóng góp 25,2% vào GDP nơng nghiệp Chăn ni Việt Nam phát triển với tốc độ - 7%/năm, góp phần quan trọng trì tốc độ tăng trưởng ngành Nông nghiệp Với sẵn nguồn thức ăn lớn từ ngành trồng trọt, ngành chăn ni Việt Nam cịn nhiều dư địa tăng hứa hẹn mang lại hiệu kinh tế cao Ngành cơng nghiệp enzyme có phát triển đáng kể nhiều thập kỷ qua nhu cầu ngày tăng toàn cầu công nghệ xanh để bảo vệ môi trường Thị trường enzyme công nghiệp định giá đạt tỷ USD vào năm 2023 với tốc độ tăng trưởng kép hàng năm (CAGR) 4,9% giai đoạn 2018-2023 Thị trường enzyme cơng nghiệp tồn cầu định giá khoảng 5,5 tỷ USD năm 2018 dự kiến đạt khoảng 7,0 tỷ USD vào năm 2023 với tốc độ CAGR 4,9% giai đoạn 2018-2023 Thị trường enzyme thức ăn chăn nuôi đứng thứ tư tính theo giá trị (dự kiến đạt 825 triệu USD vào năm 2023), nhiên lại lĩnh vực đánh giá có tốc độ tăng trưởng nhanh giai đoạn 2018-2023 (tốc độ CAGR đạt 5,7%) Trong 20 năm qua, việc sử dụng enzyme ngoại sinh lĩnh vực thức ăn chăn nuôi phát triển phát triển vượt bậc Thị trường enzyme thức ăn chăn ni tồn cầu ước tính đạt tỷ USD dự kiến tăng thêm 8% vòng năm tới Hiện enzyme Phytase chiếm thị phần lớn nhất; nhiên, việc sử dụng enzyme protease enzyme xylanase, tăng tốc đến mức chúng đưa vào 57% phần cho động vật dày đơn Xu hướng thị trường tiết lộ xylanase cellulase chiếm phần lớn thị phần chiếm 20% thị trường enzyme giới, với pectinase Trong nhiều năm trở lại đây, nghề ni bị đem lại hiệu kinh tế cao cho bà con, mà thịt bò, sữa bị trở thành thực phẩm yếu người tiêu dùng nước Nhu cầu sữa tăng cao, ngành chăn ni bị sữa đầu tư xây dựng với cơng nghệ đại quy mơ lớn Tính đến nay, đàn trâu 2,3 triệu con, đàn bò 6,4 triệu con, đó, bị sữa 375 ngàn (TCTK 6/2022) Dgtaurus Nguồn thức ăn cacbohydrat bò chủ yếu cỏ khô, rơm rạ cỏ Sinh khối thực vật bao gồm trung bình 23% lignin, 40% cellulose 33% hemiaellulose tính theo trọng lượng khơ (1) Xylan thành phần cấu tạo nên hemicellulose Đồng thời polysaccharid phổ biển lồi thực vật thơng thường, chiếm 30% tổng trọng lượng khô sinh khối thực vật nhiệt đới (2) Sự diện xylan khiến cho vách tế bào khó bị phân giải enzyme Hệ tiêu hóa bị khơng chứa enzyme chun biệt để tiêu hóa chất xơ, mà chúng tiêu hóa nhờ vào hệ vi sinh vật đường ruột chúng Do giải pháp bổ sung chế phẩm enzyme vào thức ăn chăn ni ngày phổ biến, nhằm tối ưu hóa giá trị dinh dưỡng thức ăn, khả tiêu hóa mang lại giá trị cao Enzyme xylanase bổ sung vào phần thức ăn cho bị, có tác dụng phân giải xylan, giải phóng đường xylose xylooligosaccharide dẫn đến làm giảm độ nhớt thức ăn, giúp cho vật ni tiêu hóa hấp thụ chất dinh dưỡng tốt hơn, cải thiện hệ vi sinh vật đường ruột theo hướng có lợi cho vật ni Tập đồn TH doanh nghiệp đầu tư chăn ni bị sữa với số lượng lớn Tiêu biểu trang trại bò sữa TH huyện Nghĩa Đàn, tỉnh Nghệ An Trang trại có diện tích 37.000 với tổng vốn đầu tư 1,2 tỷ USD dự án đạt tổng đàn bò 45.000 Hơn 30 năm tính từ bắt tay vào phát triển chăn ni bị sữa, đến nay, Vinamilk sở hữu 12 trang trại quy mơ, tổng đàn bị quản lý khai thác sữa đạt xấp xỉ 150.000 Nguồn enzyme cần để bổ sung vào thức ăn trạng trại cần thiết Nhận thức vấn đề này, em chọn đề tài “Thiết kế phân xưởng sản xuất chế phẩm enzyme xylanase bổ sung thức ăn chăn ni bị” làm đề tài nghiên cứu Phân xưởng đặt Nghệ An với cơng suất dự kiến 20 chế phẩm enzyme năm Trên sở kiến thức học hướng dẫn thầy giáo đồ án môn học này, em xin trình bày “Thiết kế máy sản xuất chế phẩm enzyme xylanase bổ sung thức ăn chăn ni bị” với nội dung bao gồm phần sau: Chương 1: Tổng quan Chương 2: Lựa chọn thuyết minh cơng nghệ Chương 3: Tính tốn cân sản phẩm Chương 4: Tính chọn thiết bị Dgtaurus Trong trình thực đồ án em nhận giúp đỡ tận tình hướng dẫn, bảo thầy…–em xin gửi lời cảm ơn chân thành Em xin chân thành cảm ơn thầy cô giáo trường Đại học Bách Khoa Hà Nội nói chung, thầy Viện cơng nghệ sinh học cơng nghệ thực phẩm nói riêng truyền đạt kiến thức để em nắm sở lý thuyết tạo điều kiện giúp đỡ em suốt trình học tập Em xin chân thành cảm ơn! Dgtaurus CHƯƠNG I: TỔNG QUAN 1.1 Xylan tính chất xylan 1.1.1 Xylan Xylan thành phần hemicellulose thực vật, polysaccharide phổ biến thứ hai tự nhiên sau cellulose tìm thấy thành tế bào thực vật Xylan tham gia vào cấu trúc giúp lignocellulose bền (3) Thực vật cạn có xylan chuỗi D-xylosyl nối với liên kết β1,4, tảo biển tổng hợp xylan với cấu trúc hóa học khác monomer Dxylose nối với liên kết β-1,3 Ở vài lớp Chlorophycaea Rhodophycaea khơng có diện cellulose, xylan tạo nên vật liệu hình sợi suốt Thông thường, xylan chiếm khoảng 15-30% trọng lượng chất khơ hạt kín khoảng 7-15% trọng lượng chất khô hạt trần Đặc biệt rộng, xylan chiếm tới 35% tổng trọng lượng chất khô thực vật (3) 1.1.2 Cấu trúc xylan Cấu trúc xylan Xylan polysaccharide không đồng nhất, bao gồm gốc D-xylose liên kết với liên kết β-1,4-xylanosidic (β-1,4- Dxylopyranosyl) đường xylopyranose với acetyl, arabinosyl glucuronysyl (3) 1.1.3 Tính chất xylan Xylan không mùi, không vị Nhiệt độ hòa tan xylan phụ thuộc vào nguồn gốc Xylan có nguồn gốc từ gỗ cứng có nhiệt độ hịa tan 150 – 200 oC; gỗ mềm, nhiệt độ hịa tan 70-130 oC Trong gỗ cứng, cấu trúc xylan có chứa nhóm acetyl, cịn gỗ mềm khơng chứa nhóm acetyl Do đó, xylan gỗ cứng tan nước tốt (4) Dgtaurus Hình 1 Cấu trúc xylan gỗ (a) gỗ mềm; (b) gỗ cứng 1.2 Tổng quan Xylanase Xylanase dùng để phức hệ enzyme cần thiết cho trình phân hủy hồn tồn chất xylan, polysaccharide khơng đồng Trong tự nhiên, số vi sinh vật sử dụng nguồn lượng tự sinh loại xylanase khác Các loại enzyme chức phân hủy thành tế bào thực vật kết hợp với enzyme thủy phân khác tham gia vào q trình tách dịng (2) Xylanase hay Endo-1,4-β-xylanase (EC 3.2.1.8, tên hệ thống 4-β- D -xylan xylanohydrolase) Xylanase thủy phân xylan thành xylooligosaccharides Dxylose Endoxylanase enzyme quan trọng cho trình khử trùng hợp xylan nói chung Nó xúc tác trình thủy phân ngẫu nhiên liên kết 1,4,-D-xylosid xylan (2) Dgtaurus Hình Một xylan thực vật giả định vị trí bị cơng enzyme xylanolytic vi sinh vật (2) 1.2.1 Nguồn gốc xylanase Xylanase sinh tổng hợp nấm, vi khuẩn, xạ khuẩn động vật nguyên sinh Trong lồi vi sinh vật có khả sinh tổng hợp xylanase, nấm, vi khuẩn xạ khuẩn nhóm quan trọng nhất, đặc biệt nấm sợi Các nhóm vi sinh vật có khả sinh xylanase phân bố rộng rãi tham gia tích cực vào chu trình tuần hồn vật chất, trình phân giải chất hữu để hình thành chất mùn (2) Các loại xylanase sinh vi khuẩn nấm sợi ưa kiềm có khả chịu nhiệt tốt chúng ứng dụng rộng rãi cho hiệu cao công nghiệp (2) 1.2.2 Cấu trúc xylanase Cấu trúc bậc ba phân tử xylanase xác định cách sử dụng mơ hình Insight II Molecular Theo đó, cấu trúc xylanase bao gồm miền đơn có chứa Dgtaurus vùng cấu trúc β miền có chuỗi xoắn α, cấu trúc có xylanase hệ GH11 Cấu trúc chung phân tử xylanase ví “bàn tay phải” với ngón tay phía ngón nằm phía Trung tâm hoạt động ngón tay cái, lịng bàn tay ngón tay Hình Cấu trúc khơng gian xylanase Bacillus subtilis (5) Xylanase báo cáo lần vào năm 1955 Đó enzyme thủy phân xylan, phá vỡ liên kết β-1,4-xylanosidic xylan thành nhiều xylo-oligosaccharide có độ dài khác 1.2.3 Ứng dụng Xylanase - Ứng dụng xylanase công nghiệp thực phẩm Trong công nghiệp sản xuất giấy bột giấy Ứng dụng xylanase sản xuất nguyên liệu sinh học Ứng dụng công nghiệp vải sợi Ứng dụng nông nghiệp Ứng dụng xylanase xử lý môi trường 1.2.4 Vi sinh vật sản xuất xylanase Xylanase đóng vai trị quan trọng trong vi sinh vật phát triển mạnh nguồn thực vật để phân hủy chất thực vật thành chất dinh dưỡng sử dụng