Thiết kế nhà máy sản xuất chế phẩm enzyme cellulase từ vỏ lụa sắn theo phương pháp bề mặt

MỞ ĐẦUEnzyme là chất xúc tác sinh học có hoạt lực cao, có phân tử lượng lớn từ 20.000 đến 1.000.000 dalton. Enzyme có thể hòa tan trong nước và dung dịch muối loãng và có mặt trong tất cả các cơ thể sinh vật sống.Enzyme là những chất không thể điều chế được bằng phương pháp tổng hợp hóa học. Người ta thường thu nhận chúng từ nguồn tế bào động vật, thực vật hoặc vi sinh vật. Với những ưu điểm vượt trội tốc độ sinh trưởng nhanh, hệ enzyme phong phú và có hoạt tính cao, môi trường nuôi cấy rẻ tiền, dễ kiếm, vi sinh vật đã trở thành nguồn nguyên liệu thu enzyme chủ yếu thu hút được nhiều quan tâm của các nhà nghiên cứu và sản xuất. Enzyme được ứng dụng rộng rãi và phổ biến trong ngành công nghiệp thực phẩm như công nghệ sản xuất bia, sữa, phomai, bánh nướng… Ngoài ra enzyme còn đóng vai trò quan trọng trong các ngành công nghiệp khác như công nghiệp dệt, nhuộm, sản xuất giấy và bột giấy, trong công nghiệp thuộc da, bột giặt và các chất tẩy rửa, đặc biệt trong công nghiệp dược phẩm và y tế… Qua đó cho thấy enzyme đóng vai trò quan trọng trong cuộc sống hằng ngày của con người. Vì vậy, yêu cầu phát triển ngành công nghiệp enzyme là hết sức cần thiết. Mặt khác, hàng năm các nhà máy chế biến tinh bột sắn thải ra hàng trăm ngàn tấn bã thải. Theo ước tính, một nhà máy chế biến có công suất 30100 tấnngày thì sẽ sản xuất được 7,5 25 tấn tinh bột, kèm theo đó là khối lượng lớn vỏ lụa sắn. Lượng vỏ lụa này hiện nay vẫn chưa được xử lý riêng rẽ gây mùi hôi thối, ô nhiễm môi trường cho cộng đồng dân cư sống quanh khu vực nhà máy chế biến tinh bột sắn. Chính vì vậy cần có phương pháp xử lí để giảm thiểu độ ô nhiễm đồng thời tạo ra những sản phẩm có giá trị, nâng cao hiệu quả sử dụng nguyên liệu.Xuất phát từ thực tế đo, ý tưởng sử dụng vỏ lụa sắn – thành phần chứa hàm lượng cellulose rất cao, làm môi trường nuôi cấy vi sinh vật để sản xuất cellulase có nhiều ưu điểm. Nó không chỉ góp phần tạo ra nguồn enzyme mang lại nhiều ứng dụng trong cuộc sống hằng ngày của con người mà còn góp phần giải quyết tình trạng ô nhiễm môi trường của các nhà máy tinh bột sắn. Với những lập luận trên, tôi tiến hành thực hiện đề tài: “Thiết kế nhà máy sản xuất chế phẩm enzyme cellulase từ vỏ lụa sắn theo phương pháp bề mặt”.

Đồ án tốt nghiệp Năm 2009 MỞ ĐẦU Enzyme là chất xúc tác sinh học có hoạt lực cao, có phân tử lượng lớn từ 20.000 đến 1.000.000 dalton. Enzyme có thể hòa tan trong nước và dung dịch muối loãng và có mặt trong tất cả các cơ thể sinh vật sống. Enzyme là những chất không thể điều chế được bằng phương pháp tổng hợp hóa học. Người ta thường thu nhận chúng từ nguồn tế bào động vật, thực vật hoặc vi sinh vật. Với những ưu điểm vượt trội - tốc độ sinh trưởng nhanh, hệ enzyme phong phú và có hoạt tính cao, môi trường nuôi cấy rẻ tiền, dễ kiếm, vi sinh vật đã trở thành nguồn nguyên liệu thu enzyme chủ yếu thu hút được nhiều quan tâm của các nhà nghiên cứu và sản xuất. Enzyme được ứng dụng rộng rãi và phổ biến trong ngành công nghiệp thực phẩm như công nghệ sản xuất bia, sữa, phomai, bánh nướng… Ngoài ra enzyme còn đóng vai trò quan trọng trong các ngành công nghiệp khác như công nghiệp dệt, nhuộm, sản xuất giấy và bột giấy, trong công nghiệp thuộc da, bột giặt và các chất tẩy rửa, đặc biệt trong công nghiệp dược phẩm và y tế… Qua đó cho thấy enzyme đóng vai trò quan trọng trong cuộc sống hằng ngày của con người. Vì vậy, yêu cầu phát triển ngành công nghiệp enzyme là hết sức cần thiết. Mặt khác, hàng năm các nhà máy chế biến tinh bột sắn thải ra hàng trăm ngàn tấn bã thải. Theo ước tính, một nhà máy chế biến có công suất 30-100 tấn/ngày thì sẽ sản xuất được 7,5 - 25 tấn tinh bột, kèm theo đó là khối lượng lớn vỏ lụa sắn. Lượng vỏ lụa này hiện nay vẫn chưa được xử lý riêng rẽ gây mùi hôi thối, ô nhiễm môi trường cho cộng đồng dân cư sống quanh khu vực nhà máy chế biến tinh bột sắn. Chính vì vậy cần có phương pháp xử lí để giảm thiểu độ ô nhiễm đồng thời tạo ra những sản phẩm có giá trị, nâng cao hiệu quả sử dụng nguyên liệu. Xuất phát từ thực tế đo, ý tưởng sử dụng vỏ lụa sắn – thành phần chứa hàm lượng cellulose rất cao, làm môi trường nuôi cấy vi sinh vật để sản xuất cellulase có nhiều ưu điểm. Nó không chỉ góp phần tạo ra nguồn enzyme mang lại nhiều ứng dụng trong cuộc sống hằng ngày của con người mà còn góp phần giải quyết tình trạng ô nhiễm môi trường của các nhà máy tinh bột sắn. Với những lập luận trên, tôi tiến hành thực hiện đề tài: “Thiết kế nhà máy sản xuất chế phẩm enzyme cellulase từ vỏ lụa sắn theo phương pháp bề mặt”. Đề tài: Thiết kế nhà máy sản xuất chế phẩm enzyme Cellulase SVTH: Lê Trung Nghĩa – Lớp 04SH GVHD: ThS. Nguyễn Thị Lan -1- Đồ án tốt nghiệp Năm 2009 Chương 1 LẬP LUẬN KINH TẾ KỸ THUẬT Enzyme – chất xúc tác sinh học có tính chất chọn lọc và đặc hiệu cao, đóng vai trò quan trọng trong các quá trình vận chuyển trao đổi chất trong sự sống của sinh vật. Từ xưa con người đã biết sử dụng men để sản xuất ra một số sản phẩm thực phẩm, tinh chế được men từ thóc nảy nầm hoặc một số loài vi sinh vật đặc biệt. Ngày nay, enzyme giữ một vai trò quan trọng trong các ngành công nghiệp khác nhau như: rượu, bia, nước giải khát lên men, các nghành chế biến thực phẩm khác. Trong công nghiệp sản xuất rượu từ tinh bột, enzyme sản xuất từ nấm mốc đã thay thế hoàn toàn enzyme của đại mạch nẩy mầm. 1.1. Sự cần thiết phải đầu tư: Enzyme celluase được sử dụng nhiều trong công nghiệp, chăn nuôi Nhưng lượng enzyme chiết từ tự nhiên không đủ để sử dụng. Hơn nữa hàng ngày nhà máy tinh bột sắn thải ra môi trường một lượng lớn vỏ lụa sắn, lượng vỏ lụa sắn này nếu không được xử lý sẽ làm ô nhiễm môi trường. Vì vậy đầu tư cho xây dựng một nhà máy sản xuất chế phẩm enzyme cellulase là cần thiết vì sẽ vừa cung cấp chế phẩm enzyme cho công nghiệp, vừa xử lý được lượng chất thải của nhà máy tinh bột sắn. 1.2. Đặc điểm tự nhiên: Khí hậu Quảng Nam chia ra làm hai mùa nắng và mưa. Mùa nắng từ tháng 1 đến tháng 8, mùa mưa từ tháng 9 đến tháng 12, nhiệt độ trung bình là 26 o C ÷ 28 o C, 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 xuất tinh bột sắn Quảng Nam (nay chuyển thành Công ty cổ phần Fococev Quảng Nam) có thể cung cấp đủ nguồn nguyên liệu cho phân xưởng sản xuất quanh năm. Năm 1988, UBND tỉnh Quảng Nam cho xây dựng nhà máy tinh bột sắn tại thôn 1, xã Quế Cường, huyện Quế Sơn. Đề tài: Thiết kế nhà máy sản xuất chế phẩm enzyme Cellulase SVTH: Lê Trung Nghĩa – Lớp 04SH GVHD: ThS. Nguyễn Thị Lan -2- Đồ án tốt nghiệp Năm 2009 1.4. Hợp tác hoá: Nhà máy sản xuất enzyme được đặt trong khu kinh tế mở Chu Lai nên quá trình hợp tác hoá được tiến hành chặt chẽ. Do đó việc sử dụng những công trình chung như: điện, nước, giao thông, …được tiến hành thuận lợi và giảm bớt chi phí đầu 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 sử dụng hơi từ phân xưởng hơi của nhà máy. 1.7. Nguồn cung cấp nước và vấn đề xử lý nước thải: Nguồn nước dùng trong sản xuất là nguồn nước của thành phố. Nước thải được chuyển vào hệ thống xử lý nước thải chung của nhà máy rồi sau đó chuyển ra nguồn nước thải của thành phố. 1.8. Năng suất của phân xưởng: - Năng suất enzyme thô đạt 5 triệu kg sản phẩm/năm. - Tỷ lệ chế phẩm cho dây chuyền sản xuất sản phẩm enzyme thô là 60%. - Tỷ lệ chế phẩm cho dây chuyền sản xuất sản phẩm enzyme kỹ thuật là 40%. Đề tài: Thiết kế nhà máy sản xuất chế phẩm enzyme Cellulase SVTH: Lê Trung Nghĩa – Lớp 04SH GVHD: ThS. Nguyễn Thị Lan -3- Đồ án tốt nghiệp Năm 2009 Chương 2 GIỚI THIỆU VỀ ENZYME CELLULASE VÀ NGUYÊN LIỆU 2.1. Cellulose: 2.1.1. Giới thiệu chung: Cellulose – (C 6 H 10 O 5 ) n – là một loại polyxacarit chủ yếu trong xác thực vật (chiếm tới 50 ÷ 80% trọng lượng khô). Lượng cellulose có trên hành tinh này có thể chiếm tới 3,500 tỷ tấn. Hợp chất cao phân tử này cấu tạo bởi hàng trăm, hàng nghìn gốc β-D- glucopyranoza, liên kết với nhau bằng dây nối 1,4-glucozit. Trọng lượng phân tử của cellulose thay đổi tuỳ theo loài thực vật, thường vào khoảng 50.000 ÷ 400.000 Da. Cellulose là loại hợp chất rất bền vững, chúng hầu như không bị hoà tan trong bất kỳ loại dung môi nào (trừ dung dịch amonic của muối đồng). Phần lớn cellulose trong thức ăn của thực vật không được cơ thể người hấp thụ, chúng chỉ có tác dụng cơ học trong việc lôi cuốn các chất cặn bã trong đường tiêu hoá. Động vật ăn cỏ sở dĩ hấp thụ được cellulose là nhờ trong dạ dày có tồn tại một khối lượng lớn các vi khuẩn có khả năng phân giải cellulose (mỗi cm 3 ở dạ cỏ của dạ dày bò 15 ÷ 20 tỷ vi sinh vật). Trong đất, trong bùn, trong phân chuồng có rất nhiều loại vi sinh vật có khả năng phân giải cellulose, chúng góp phần quan trọng vào việc đảm bảo vòng tuần hoàn carbon trong tự nhiên. 2.1.2. Tính chất vật lý của cellulose: + Cellulose không tan trong nước mà chỉ có thể bị phồng lên do hấp thụ nước. 2.1.3. Tính chất sinh học của cellulose: + Cellulose bị phân huỷ ở nhiệt độ bình thường hoặc ở nhiệt độ 40 ÷ 50 0 C nhờ các enzyme phân huỷ cellulose được gọi chung là cellulase. Cellulose bị phân huỷ khi đun nóng với acid hoặc với kiềm ở nồng độ khá cao. + Trong tế bào thực vật, cellulose liên kết chặt chẽ với hemicellulose, pectin, lignin. Điều này ảnh hưởng rất nhiều đến sự phân huỷ cellulose của enzyme. Đề tài: Thiết kế nhà máy sản xuất chế phẩm enzyme Cellulase SVTH: Lê Trung Nghĩa – Lớp 04SH GVHD: ThS. Nguyễn Thị Lan -4- Đồ án tốt nghiệp Năm 2009 Hình 2.1. Cấu trúc phân tử cellulose 2.1.4. Một số lưu ý trong sinh tổng hợp enzyme cellulase: - Nhiều nhà nghiên cứu cho biết cellulose là nguồn cơ chất thích hợp nhất đối với sự tổng hợp cellulase. Rõ ràng đây là sự tổng hợp mang tính chất cảm ứng mà cellulose là “chất cảm ứng”. Do đó nồng độ của nó trong môi trường nuôi sẽ có ảnh hưởng lớn đến năng suất của quá trình nuôi cấy. - Một số chất có tác dụng ức chế sinh tổng hợp cellulase như glucose, succinat, citrat, các sản phẩm trung gian của chu trình kreb…. - Cao nấm men, cao bắp, pepton có thể là chất tăng sinh tổng hợp cellulase ở một số chủng vi sinh vật. Một số acid amin như: aspartic, valin…tăng cường tổng hợp cellulase. - Nguyên tố vi lượng cần thiết cho sự tổng hợp cellulase như: Fe, Mn, Zn, Co, ….pH thích hợp cho tổng hợp cho đa số nấm tích tụ cellulase là 4,6. Nhiệt độ thích hợp cho tổng hợp cellulase là 28 ÷ 30 o C. Đa số cellulose chịu nhiệt độ cao, enzyme chịu được 90 ÷ 100 0 C trong vài phút như cellulose của Tricoderma viride, khi nâng lên 100 0 C/5 phút hoạt tính vẫn giữ được 96%. 2.2. Thành phần môi trường nuôi cấy vi sinh vật cellulase: (15) 2.2.1. Nguồn Cacbon: Theo lý thuyết sinh tổng hợp của enzyme cảm ứng, trong môi trường nuôi cấy vi sinh vật sinh cellulase nhất thiết phải có cellulose là chất cảm ứng và là nguồn cacbon. Đề tài: Thiết kế nhà máy sản xuất chế phẩm enzyme Cellulase SVTH: Lê Trung Nghĩa – Lớp 04SH GVHD: ThS. Nguyễn Thị Lan -5- Đồ án tốt nghiệp Năm 2009 Những nguồn cellulose có thể là vỏ sắn, giấy lọc, bông, bột cellulose, lõi ngô, cám, mùn cưa, bã củ cải, rơm, than bùn… Trichoderma lignorum và Tr.koningi nuôi trên môi trường có nguồn cacbon là giấy lọc cho hoạt tính enzyme cao nhất. Kết quả cũng tương tự như vậy khi nuôi Myrothecium verrucaria trên môi trường có giấy lọc và lõi ngô, bã củ cải. Chất cảm ứng của enzyme cellulase còn là cellobiosooctacetat, cám mì, lactose salicyl. Đối với Stachybotrit atra nguồn cacbon tốt nhất để sinh tổng hợp cellulase là tinh bột (1%). Các nguồn cacbon khác (glucose, cellobiose, acetat, citrat, oxalat, xuccinat, và những sản phẩm trung gian của vòng krebs) có tác dụng kiềm hãm sinh tổng hợp cellulase. Song, trong môi trường với nồng độ glucose rất ít tác dụng kích thích vi sinh vật phát triển tạo thành enzyme. Glycerin chỉ có tác dụng kích thích vi sinh vật sinh trưởng và phát triển, không cảm ứng tổng hợp enzyme. 2.2.2. Nguồn Nito: Các nguồn nitơ vô cơ thích hợp nhất đối với các sinh vật sinh cellulase là muối nitrat. Đối với các giống của bộ nấm bông (Hyphomycetates) nguồn nitơ tốt nhất lại là (NH 4 ) 2 HPO 4 . 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 trường trong các muối này làm cho môi trường acid hóa. Điều này không những ức chế trong quá trình sinh tổng hợp enzyme mà còn có thể làm mất hoạt tính enzyme sau khi tạo thành. Natri nitrat làm cho môi trường kiềm hóa, tạo điều kiện thuận lợi cho sự tạo thành cellulase. Các hợp chất nitơ hữu cơ có tác dụng khác nhau đến sinh tổng hợp cellulase. 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 với cao ngô khả năng sinh tổng hợp C 1 – và C 2 – cellulase cao hơn so với cao nấm men. 2.2.1. Nguồn khoáng chất: Những nguyên tố khoáng (Fe, Mn, Zn, B, Mo, Cu,…) có ảnh hưởng rõ rệt đến khả năng tổng hợp cellulase của vi sinh vật Zn, Mn, Fe có tác dụng kích thích tạo Đề tài: Thiết kế nhà máy sản xuất chế phẩm enzyme Cellulase SVTH: Lê Trung Nghĩa – Lớp 04SH GVHD: ThS. Nguyễn Thị Lan -6- Đồ án tốt nghiệp Năm 2009 thành enzyme này ở nhiều chủng. Nồng độ tối thích của Zn là 0,11 – 22 mg/l, sắt 2 – 10 mg/l, Mn: 3,4 – 27,2 mg/l. 2.2.1. Chất kích thích sinh trưởng: Biotin và tiamin trong môi trường dinh dưỡng không có ảnh hưởng đến sinh tổng hợp enzyme này. 2.3. Vi sinh vật phân giải cellulose: 2.3.1. Cơ chế phản ứng: Có thể chia quá trình phân huỷ cellulose thành 2 giai đoạn: + Giai đoạn 1: là sự thuỷ phân cellulose thành celobiose dưới tác dụng của enzyme cellulase, ngoài ra còn tạo một lượng đường glucose. Phương trình phản ứng: (C 6 H 10 O 5 ) n + n/2H 2 → n/2 C 12 H 12 O 11 n/2 C 12 H 12 O 11 + n/2H 2 → n C 6 H 10 O 5 + Giai đoạn 2: là sự oxy hoá các đường đơn thành CO 2 và H 2 O. Phương trình phản ứng: C 6 H 10 O 6 + O 2 → RCHOH-COOH + CO 2 + H 2 O +Q RCHOH-COOH + O 2 → CO 2 + H 2 O + Q Sự phân giải hiếu khí cenllulose luôn luôn xảy ra trong tự nhiên và có ý nghĩa to lớn trong quá trình vô cơ hoá những xác thực vật. Những sản phẩm trung gian hình thành trong quá trình này là nguồn thức ăn tốt cho các vi khuẩn cố định Nitơ. Do đó nơi nào có nhiều phân hữu cơ thì vi khuẩn cố định Nitơ sẽ phát triển mạnh và cố định được nhiều Nitơ làm cho đất phì nhiều hơn. 2.3.2. Vi khuẩn: Trong điều kiện hiếu khí, có rất nhiều vi khuẩn có khả năng phân huỷ cellulose nhờ vào hệ enzyme cellulose của chúng. Cellulase là một phức hệ enzyme thuỷ phân cellulose tạo ra các đường đủ nhỏ để đi qua vách tế bào vi khuẩn. Ở một số vi khuẩn, enzyme oxy hoá khử và enzyme phân huỷ protein cũng tham gia vào quá trình trên. Một số loài vi khuẩn tiêu biểu có khả năng phân huỷ cellulose trong điều kiện hiếu khí: Acetobacter xilinum, Achromabacter, Bacilluus subtilis, Celvibrio fulvus, Cytophaga, Cellulomonas biazotea, Cellulomonas. fini, Đề tài: Thiết kế nhà máy sản xuất chế phẩm enzyme Cellulase SVTH: Lê Trung Nghĩa – Lớp 04SH GVHD: ThS. Nguyễn Thị Lan -7- Đồ án tốt nghiệp Năm 2009 Cellulomonas. flavigena, Promyxobacterium, Psudomonas fluorescens var cellulose…(16) 2.3.3. Niêm vi khuẩn: (17) Trong điều kiện hiếu khí, các vi sinh vật tham gia vào việc thuỷ phân cellulose gồm niêm vi khuẩn, một số đại diện của các vi khuẩn sinh bào tử và không sinh bào tử, xạ khuẩn, nấm. Trong số này thì các loại niêm vi khuẩn là quan trọng hơn cả. Niêm vi khuẩn phân huỷ cellulose chủ yếu được tìm thấy trong các giống Cytophaga, Sporocytophaga và Soran-gium. Chúng sống trong các loại đất ít acid, trung tính và ít kiềm. Trên bờ mặt các vật liệu chứa cellulose, niêm vi khuẩn phát triển trong dạng thể nhầy không có hình dạng xác định, lan rộng, vô màu, màu vàng, da cam, hoặc đỏ. Tế bào của niêm vi khuẩn bám sát vào sợi cellulose và chỉ thuỷ phân chúng khi bám sát vào chúng, khuẩn lạc của niêm vi khuẩn được tạo thành trên các môi trường thạch. Niêm vi khuẩn có thể sử dụng nguồn carbon không chỉ cellulose mà còn cả các nguồn hydrat carbon khác như tinh bột chẳng hạn. Tuy nhiên, các loài của giống Cytophaga và Sporocytophaga ưa thích cellulose hơn cả. Nitrat là nguồn nitrogen tốt đối với niêm vi khuẩn. Niêm vi khuẩn nhận được năng lượng khi oxy hoá các sản phẩm của sự phân giải cellulose thành CO 2 và H 2 O. 2.3.4. Xạ khuẩn: (18) Xạ khuẩn là nhóm vi sinh vật có khả năng phân huỷ các hợp chất hữu cơ cao phân tử như cellulose, lignin…có trong bã thực vật để tạo thành các hợp chất trung gian, tổng hợp các chất mùn. Xạ khuẩn là một nhóm vi sinh vật đơn bào, chúng phân bố rộng rãi trong tự nhiên, thậm chí trên những cơ chất mà vi khuẩn và nấm mốc không phát triển được. Xạ khuẩn tham gia tích cực vào các quá trình chuyển hoá nhiều hợp chất hữu cơ trong tự nhiên. Chúng sinh sản ra chất kháng sinh từ acid amin tạo thành trong quá trình trao đổi chất của vi khuẩn quang hợp và các chất hữu cơ. Các chất kháng sinh này tiêu diệt vi khuẩn và nấm gây hại. Ngoài ra, xạ khuẩn còn có khả năng sinh Đề tài: Thiết kế nhà máy sản xuất chế phẩm enzyme Cellulase SVTH: Lê Trung Nghĩa – Lớp 04SH GVHD: ThS. Nguyễn Thị Lan -8- Đồ án tốt nghiệp Năm 2009 ra hàng loạt các hợp chất hữu cơ có giá trị như vitamin nhóm B, các acid hữu cơ, các loại enzyme như cellulasse…. Khả năng phân giải cellulose của xạ khuẩn đã được nghiên cứu nhiều. Harmsen (1964) chia xạ khuẩn phân huỷ cellulose ra làm ba nhóm A, B và C. Nhóm B và C phân huỷ cellulose rất mạnh mẽ. Theo khoá phân loại của Waksman (1961) thì nhóm A thuộc loại nhóm albo-fravus và nhóm fradii-asteroides, và nhóm C gồm các loài thuộc nhóm albo-lateus, nhóm B thuộc các loài Act. diastaticus, Act. lipmanii. Theo Krasilnikov (1949) thì các loài xạ khuẩn phân giải cellulose có thể xếp hạng theo mức độ phân giải từ mạnh xuống yếu như sau: + Loài 1: Act. coelicolor, Act. sulfureus, Act. aureus, Act. cellulosae, Act. verne, Act. glaucus, Act. candidus, Act. diaslaticus, Act. chroleucus, Act. chromogenes. + Loài 2: Act. hydroscopicus, Act. griseoflavus, Act. ochroleucus, Act. loidensis, Act. viridans, Act. griseolus. + Loài 3: Act. themofuscus, Act. xanthostromus. + Loài 4: Act. flavochromogenes, Act. bovis, Act. sampsonii. 2.4. Phương pháp nuôi cấy bề mặt: (15) Nuôi cấy nấm mốc và một số vi khuẩn theo phương pháp bề mặt để sản xuất enzyme thường dùng môi trường rắn, đôi khi dùng môi trường lỏng. Môi trường rắn thường là các nguyên liệu tự nhiên: cám mì, cám gạo, ngô mảnh, bột đậu tương,… Môi trường lỏng thường là các dịch rỉ đường, dịch thủy phân từ thóc mầm, nước bã rượu… có thêm muối khoáng. Môi trường lỏng ít dùng để nuôi cấy nấm mốc theo phương pháp này. - Ưu điểm của phương pháp này: + Nuôi bề mặt rất dễ thực hiện, qui trình công nghệ không phức tạp. + Lượng enzyme được tạo thành từ nuôi cấy bề mặt thường cao hơn rất nhiều so với nuôi cấy chìm. + Chế phẩm enzyme thô sau khi thu nhận rất dễ sấy khô và bảo quản. Đề tài: Thiết kế nhà máy sản xuất chế phẩm enzyme Cellulase SVTH: Lê Trung Nghĩa – Lớp 04SH GVHD: ThS. Nguyễn Thị Lan -9- Đồ án tốt nghiệp Năm 2009 + Nuôi cấy bề mặt không cần sử dụng nhiều thiết bị phức tạp, do đó việc vận hành công nghệ cũng như đầu tư ban đầu vừa đơn giản vừa không tốn kém. + Trong trường hợp bị nhiễm vi sinh vật lạ rất dễ xử lý. - Tuy nhiên phương pháp này có những nhược điểm: + Chỉ có thể nuôi cấy gián đoạn. + Tốn nhiều diện tích cho quá trình nuôi cấy. 2.5. Sắn và vỏ lụa sắn: 2.5.1. Tình hình cây sắn: (20) - Sản xuất và tiêu thụ sắn trên thế giới: Sản lượng sắn thế giới đang tăng, cụ thể là năm 2006 đạt 226,34 triệu tấn củ tươi so với 2005/06 là 211,26 triệu tấn và 1961 là 71,26 triệu tấn. Nước có sản lượng sắn nhiều nhất thế giới là Nigeria (45,72 triệu tấn), kế đến là Thái Lan (22,58 triệu tấn) và Indonesia (19,92 triệu tấn). Việt Nam đứng thứ mười trên thế giới về sản lượng sắn (7,71 triệu tấn). Nước có năng suất sắn cao nhất hiện nay là Ấn Độ (31,43 tấn/ha), kế đến là Thái Lan (21,09 tấn/ha), so với năng suất sắn bình quân của thế giới là 12,16 tấn/ha (FAO, 2008). Mức tiêu thụ sắn bình quân toàn thế giới khoảng 18 kg/người/năm. Sản lượng sắn của thế giới được tiêu dùng trong nước khoảng 85% (lương thực 58%, thức ăn gia súc 28%, chế biến công nghiệp 3%, hao hụt 11 %), còn lại 15% (gần 30 triệu tấn) được xuất khẩu dưới dạng sắn lát khô, sắn viên và tinh bột (CIAT, 1993). Nhu cầu sắn làm thức ăn gia súc trên toàn cầu đang giữ mức độ ổn định trong năm 2006 (FAO, 2007). - 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 và ngô. Năm 2005, cây sắn có diện tích thu hoạch 432 nghìn ha, năng suất 15,35 tấn/ha, sản lượng 6,6 triệu tấn, so với cây lúa có diện tích 7.326 ha, năng suất 4,88 tấn/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 của các 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%) kế đến dùng làm thức ăn gia súc (22,4%), chế biến thủ công (16,8%), chỉ có 12,2% dùng tiêu thụ tươi. Đề tài: Thiết kế nhà máy sản xuất chế phẩm enzyme Cellulase SVTH: Lê Trung Nghĩa – Lớp 04SH GVHD: ThS. Nguyễn Thị Lan -10- [...]... 6708,991 (kg/ngày) 100 4.3 Tổng kết: Trong dây chuyền sản xuất, ta xử dụng 60% tổng lượng canh trường nấm mốc sau khi nuôi cấy để sản xuất sản phẩm enzyme thô, 40% còn lại dùng để sản xuất enzyme kỹ thuật Vậy lượng sản phẩm thô là: 16891,892 (kg/ngày) Lượng sản phẩm enzyme kỹ thuật là: 1212,528 (kg/ngày) Bảng tổng kết Đề tài: Thiết kế nhà máy sản xuất chế phẩm enzyme Cellulase SVTH: Lê Trung Nghĩa –... Bảng : Biểu đồ sản xuất của nhà máy Thán g Ngày làm 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 23 24 26 25 25 26 27 26 25 27 15 27 Cả năm 296 Nhà máy làm việc 1 ca/ngày Số liệu ban đầu: - Năng suất Enzyme thô đạt 5 triệu kg sản phẩm/ năm - Tỷ lệ chế phẩm cho dây chuyền sản xuất sản phẩm enzyme thô là 60% - Tỷ lệ chế phẩm cho dây chuyền sản xuất sản phẩm enzyme kỹ thuật là 40% Thành phần môi trường: Vỏ lụa sắn : 60% MgSO4... Thiết kế nhà máy sản xuất chế phẩm enzyme Cellulase SVTH: Lê Trung Nghĩa – Lớp 04SH GVHD: ThS Nguyễn Thị Lan -16- Đồ án tốt nghiệp Chương 3 Năm 2009 CHỌN VÀ THUYẾT MINH DÂY CHUYỀN CÔNG NGHỆ 3.1 Chọn dây chuyền công nghệ: Trong công nghiệp sản xuất enzyme hiện nay có hai phương pháp: phương pháp nuôi cấy bề mặt và phương pháp nuôi cấy chìm So sánh hai phương pháp ta thấy phương pháp nuôi cấy bề mặt có... 2.6 Môi trường sinh tổng hợp enzyme: Môi trường nuôi nấm mốc để sinh tổng hợp enzyme cellulase bằng phương pháp bề mặt với nguyên liệu chủ yếu là vỏ lụa sắn, các chất khoáng cần thiết và một số chất khác Ngoài ra trong môi trường còn sử dụng trấu để tăng độ xốp của môi trường Tỷ lệ các thành phần như sau: Vỏ lụa sắn : 60% Đề tài: Thiết kế nhà máy sản xuất chế phẩm enzyme Cellulase SVTH: Lê Trung Nghĩa... sản xuất chế phẩm thô Sấy Nghiền Bao gói Dây chuyền sản xuất chế phẩm kỹ thuật Nghiền Trích ly Cô đặc Sấy phun Bao gói 4.2 Cân bằng vật chất: Năm 2009 Tỉ lệ hao hụt (%) 2 1 0,8 0,1 0,5 0,5 0,5 3 3 3 2 0,05 2 2 0,1 2 2 2 2 0,1 4.2.1 Dây chuyền sản xuất sản phẩm enzyme thô: Năng suất sản phẩm theo enzyme thô của nhà máy tính theo năm là 5 tiệu kg Số ngày sản xuất trong năm là 296 ngày Năng suất sản phẩm. .. trầm trọng Nhà máy sản xuất tinh bột sắn Quảng Nam với công suất thiết kế 60 tấn tinh bột sắn/ ngày sẽ thải ra môi trường một lượng vỏ lụa sắn rất lớn Lượng chất thải này vừa gây mùi hôi vừa làm ô nhiễm nguồn nước Thôn 1, xã Quế Cường, huyện Quế Sơn, Quảng Nam có 287 hộ, 1235 nhân khẩu đa phần phải chịu ảnh hưởng từ sự ô nhiễm do nhà máy thải ra Đề tài: Thiết kế nhà máy sản xuất chế phẩm enzyme Cellulase. .. là: 39613,496 × 2 = 792,270 (kg/ngày) 100 Lượng sản phẩm enzyme thô chiếm 60% tổng lượng chế phẩm thu được nên: Lượng chế phẩm thu được từ lên men: 39613,496 × 100 = 66022,494 (kg/ngày) 60 4.2.2 Dây chuyền chung: 4.2.2.1 Thu nhận chế phẩm: Tỉ lệ hao hụt 0,5% Lượng canh trường nấm mốc trước khi thu nhận: Đề tài: Thiết kế nhà máy sản xuất chế phẩm enzyme Cellulase SVTH: Lê Trung Nghĩa – Lớp 04SH GVHD:... Thu nhận chế phẩm (W: 60%) enzyme Sấy băng tải Ws=10% Nghiền (W: 60%) Bã Nghiền Nước Cô đặc Bao gói Sản phẩm thô Trích ly Sấy phun 1200C Sản phẩm enzyme kỹ thuật Bao gói Đề tài: Thiết kế nhà máy sản xuất chế phẩm enzyme Cellulase SVTH: Lê Trung Nghĩa – Lớp 04SH GVHD: ThS Nguyễn Thị Lan Đồ án tốt nghiệp -18- Năm 2009 3.2 Thuyết minh dây chuyền công nghệ: 3.2.1 Nguyên liệu: 3.2.1.1 Nguyên liệu vỏ sắn khô:... 296 ngày Năng suất sản phẩm enzyme thô của nhà máy tính theo ngày là: 5000000 = 16891,892 (kg/ngày) 296 4.2.1.1 Bao gói: Lượng sản phẩm enzyme thô trước công đoạn này là: 16891,892 × 100 = 16908,801 (kg/ngày) 100 − 0,1 Đề tài: Thiết kế nhà máy sản xuất chế phẩm enzyme Cellulase SVTH: Lê Trung Nghĩa – Lớp 04SH GVHD: ThS Nguyễn Thị Lan -26- Đồ án tốt nghiệp Năm 2009 Lượng sản phẩm hao hụt: 0,1 = 16,909... giản Tuy nhiên phương pháp nuôi cấy này tỏ ra không hiệu quả vì hoạt lực của enzyme thu nhận được của phương pháp này không cao bằng nuôi cấy trên môi trường bán rắn.Một mặt phương pháp này vi sinh vật phát triển chủ yếu trên bề mặt nên hệ sử dụng môi trường nuôi cấy không cao Vì vậy phương pháp này ít được dùng Chính vì những lý do trên mà tôi quyết định chọn phương pháp nuôi cấy bề mặt trên môi trường