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 hợp tác xã sản xuất nấm thải ra hàng ngàn tấn bã thải. 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 đó, ý tưởng sử dụng bã thải nấm – 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 hợp tác xã trồng nấm.Với những lập luận trên, tôi tiến hành thực hiện đề tài: “Thiết kế nhà máy sản xuất enzyme cellulase từ bã thải nấm theo phương pháp bề mặt năng suất 20 tấnngày”.
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP -1- GVHD: Ths. Nguyễn Hoàng Minh 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 hợp tác xã sản xuất nấm thải ra hàng ngàn tấn bã thải. 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 đó, ý tưởng sử dụng bã thải nấm – 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 hợp tác xã trồng nấm. Với những lập luận trên, tôi tiến hành thực hiện đề tài: “Thiết kế nhà máy sản xuất enzyme cellulase từ bã thải nấm theo phương pháp bề mặt năng suất 20 tấn/ngày”. Đề tài: Thiết kế nhà máy sản xuất enzyme Cellulase theo phương pháp bề mặt năng suất 20 tấn/ngày. SVTH: Trần Thị Thanh Nhã - Lớp: 10SHLT ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP -2- GVHD: Ths. Nguyễn Hoàng Minh 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 mầm 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 ngành 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 nảy mầm. 1.1 Sự cần thiết phải đầu tư Enzyme cellulase được sử dụng nhiều trong công nghiệp, chăn nuôi Nhưng lượng enzyme chiết từ tự nhiên không đủ để sử dụng. Hơn nữa sau khi thu hoạch nấm, các hợp tác xã, các hộ gia đình trồng nấm thải ra một lượng lớn bã thải 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 các trại nấm. 1.2 Đặc điểm tự nhiên Việc chọn thành phố Đà Nẵng làm địa điểm xây dựng nhà máy mang lại cho chúng ta rất nhiều thuận lợi về mặt tự nhiên. Đà Nẵng là thành phố lớn thứ 3 cả nước sau thành phố Hồ Chí Minh và Hà Nội với vị trí địa lý rất lý tưởng: phía Bắc giáp tỉnh Thừa Thiên Huế, phía Nam và phía Tây là tỉnh Quảng Nam, còn Phía Đông là biển Đông rộng lớn. Đặc biệt với dòng sông này nối liền với Vịnh, đã làm cho Đà Nẵng trở thành cảng biển lớn nhất khu vực miền Trung. Đà Nẵng nằm trong vùng khí hậu nhiệt đới gió mùa điển hình, nhiệt độ cao và ít biến động. Khí hậu Đà Nẵng là nơi chuyển tiếp đan xen giữa khí hậu miền Bắc và miền Nam, với tính trội là khí hậu nhiệt đới điển hình ở phía Nam. Mỗi năm có 2 mùa rõ rệt: mùa mưa kéo dài từ tháng 8 đến tháng 12 và mùa khô từ tháng 1 đến tháng 7, thỉnh thoảng có những đợt rét mùa đông nhưng không đậm và không kéo dài. Nhiệt độ trung bình hàng năm khoảng 25,9 0 C. Độ ẩm không khí trung bình là 83,4%; hướng gió chủ yếu là Đông - Nam. Đề tài: Thiết kế nhà máy sản xuất enzyme Cellulase theo phương pháp bề mặt năng suất 20 tấn/ngày. SVTH: Trần Thị Thanh Nhã - Lớp: 10SHLT ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP -3- GVHD: Ths. Nguyễn Hoàng Minh Với điều kiện tự nhiên, khí hậu như vậy việc xây dựng nhà máy sản xuất enzyme cellulase là hoàn toàn có cơ sở (không ảnh hưởng đến cuộc sống dân cư tại đây). Hơn thế nữa điều kiện đất đai, khí hậu của Đà nẵng thuận lợi cho việc trồng các loại nấm: nấm bào ngư, nấm rơm, nấm Linh chi… 1.3 Nguồn cung cấp nguyên liệu Lấy nguồn nguyên liệu chủ yếu từ các nguồn phế thải của hợp tác xã trồng nấm An Hải Đông, các trại nấm khác trong thành phố Đà Nẵng, tỉnh Quảng Nam, Huế và các tỉnh miền Trung khác để có thể cung cấp đủ nguồn nguyên liệu cho phân xưởng sản xuất quanh năm. 1.4 Hợp tác hoá Nhà máy đặt trong khu công nghiệp nên việc hợp tác hóa, liên hợp hóa được tiến hành chặt chẽ, do đó việc sử dụng những công trình điện, nước, giao thông, cũng như việc nhập nguyện liệu và tiêu thụ sản phẩm… được tiến hành thuận lợi cho nên giảm bớt được vốn đầu tư xây dựng, rút ngắn thời gian hoàn vốn, đồng thời tận dụng tuần hoàn các sản phẩm phụ tránh được ô nhiễm môi trường. 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 nhà máy Nhà máy được thiết kế theo năng suất đủ cung cấp cho nhu cầu sử dụng enzyme của các doanh nghiệp trong khu vực. - Năng suất enzyme được sản xuất ra trong ngày là 20 tấn/ngày. - 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 enzyme Cellulase theo phương pháp bề mặt năng suất 20 tấn/ngày. SVTH: Trần Thị Thanh Nhã - Lớp: 10SHLT ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP -4- GVHD: Ths. Nguyễn Hoàng Minh Chương 2: TỔNG QUAN TÀI LIỆU 2.1 Tổng quan về enzyme cellulase [17] - Định nghĩa: Enzyme Cellulase là một phức hệ enzyme có tác dụng thuỷ phân cellulose thông qua việc thuỷ phân liên kết 1,4-β-glucoside trong cellulose tạo ra sản phẩm glucose cung cấp cho công nghiệp lên men. Nguồn thu enzyme cellulase lớn nhất hiện nay là vi sinh vật. - Phân loại: Cellulase là enzyme đa cấu tử gồm endo-β-1,4-glucanase, exoglucanase, và β-glucosidase hoạt động phối hợp để thủy phân cellulose thành glucose. + Dạng 1: Endo-β-1,4-glucanase đựợc gọi là endoglucanase hoặc 1,4-β-D- glucan-4-glucanohydrolase hay CMCase. + Dạng 2 là exoglucanase, gồm 1,4-β-D-glucan-4-glucanohydrolase (giống như cello dextrinase) và 1,4-β-D-glucan cellobiohydrolase (cellobiohydrolase). + Dạng 3 là β-glucosidase hoặc β-glucoside glucohydrolase Enzyme Cx có hai loại: exo β – 1,4-glucanase và endo β-1,4-glucanase. Enzyme Cellulase có khả năng phân giải (thủy phân) sợi cellulose tự nhiên, có tính đặc hiệu không rõ ràng. Endoglucanase thủy phân ngẫu nhiên bên trong phân tử cellulose tạo ra các loại oligosaccharide có chiều dài khác nhau. Exoglucanase thủy phân các liên kết ở đầu khử và đầu không khử của chuỗi cellulose để giải phóng ra glucose (glucanohydrolase) hoặc cellobiose (cellobiohydrolase). 2.1.1 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 các cellulose phân tử nhỏ, cellobiose và glucose. • Exocellulase: cắt 2 hoặc 4 đơn vị glucose từ đầu không khử của chuỗi cellulose tạo thành các cellobiose (disaccharide) và một số cellotetrose. • Cellobiase: tham gia phân giải cellobiose (disaccharide) và cellotetrose thành glucose. Đề tài: Thiết kế nhà máy sản xuất enzyme Cellulase theo phương pháp bề mặt năng suất 20 tấn/ngày. SVTH: Trần Thị Thanh Nhã - Lớp: 10SHLT ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP -5- GVHD: Ths. Nguyễn Hoàng Minh Hình 2.1 Cơ chế thuỷ phân cellulose của enzyme cellulase 2.1.2 Ứng dụng của enzyme cellulase 2.1.2.1 Cellulase với công nghiệp thực phẩm Cellulase là thành phần cơ bản của tế bào thực vật, vì vậy nó có mặt trong mọi loại rau quả cũng như trong các nguyên liệu, phế liệu của các ngành trồng trọt và lâm nghiệp. Nhưng người và động vật không có khả năng phân giải cellulose. Nó chỉ có giá trị làm tăng tiêu hóa, nhưng với lượng lớn nó trở nên vô ích hay cản trở tiêu 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. Đề tài: Thiết kế nhà máy sản xuất enzyme Cellulase theo phương pháp bề mặt năng suất 20 tấn/ngày. SVTH: Trần Thị Thanh Nhã - Lớp: 10SHLT ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP -6- GVHD: Ths. Nguyễn Hoàng Minh Ứng dụng trước tiên của cellulase đối với chế biến thực phẩm là dùng nó để tăng độ hấp thu, nâng cao phẩm chất về vị và làm mềm nhiều loại thực phẩm thực vật. Đặc biệt là đối với thức ăn cho trẻ con và nói chung chất lượng thực phẩm được tăng lên. + Một số nước đã dùng cellulase để xử lý các loại rau quả như bắp cải, hành, cà rốt, khoai tây, táo và lương thực như gạo. Người ta còn xử lý cả chè, các loại tảo biển… + Trong sản xuất bia, dưới tác dụng của cellulase hay phức hệ citase trong đó có cellulase, thành tế bào của hạt đại mạch bị phá hủy tạo điều kiện tốt cho tác động của protease và đường hóa. + Trong sản xuất agar-agar, tác dụng của chế phẩm cellulase sẽ làm tăng chất lượng agar-agar hơn so với phương pháp dùng acid để phá vỡ thành tế bào. Đặc 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 cellulase trong công nghiệp thực phẩm đã có kết quả rất tốt. Tuy nhiên hạn chế lớn nhất là rất khó thu được chế phẩm có cellulase hoạt độ cao. 2.1.2.2 Trong công nghiệp sản xuất giấy và bột giấy Trong công nghiệp sản xuất bột giấy và giấy, bổ sung các loại enzyme trong khâu nghiền bột, tẩy trắng có vai trò rất quan trọng. Nguyên liệu ban đầu chứa hàm lượng cao các chất khó tan là lignin và một phần hemicellulose, nên trong quá trình nghiền để tách riêng các sợi gỗ thành bột mịn gặp nhiều khó khăn. Trong công đoạn nghiền bột giấy, bổ sung endoglucanase sẽ làm thay đổi nhẹ cấu hình của sợi cellulose, tăng khả năng nghiền và tiết kiệm khoảng 20% năng lượng cho quá trình nghiền cơ học. Trước khi nghiền hóa học, gỗ được xử lý với endoglucanase và hỗn hợp các enzyme hemicellulase, pectinase sẽ làm tăng khả năng khuếch tán hóa chất vào phía trong gỗ và hiệu quả khử lignin. 2.1.2.3 Trong công nghiệp sản xuất thức ăn chăn nuôi Trong chăn nuôi (với động vật ăn cỏ) nếu thức ăn có trộn thêm cellulose sẽ tăng sự tiêu hóa hấp thụ thức ăn cho động vật - đặc biệt động vật còn non, do đó sẽ giảm chi phí thức ăn cho động vật và chúng sẽ tăng trọng nhanh hơn. Đề tài: Thiết kế nhà máy sản xuất enzyme Cellulase theo phương pháp bề mặt năng suất 20 tấn/ngày. SVTH: Trần Thị Thanh Nhã - Lớp: 10SHLT ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP -7- GVHD: Ths. Nguyễn Hoàng Minh 2.1.2.4 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%. 2.1.2.5 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 bằng sinh 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 vi sinh trong xử lý rác thải cải thiện môi trường rất có hiệu quả. Enzyme này có khả năng thủy phân chất thải chứa cellulose, chuyển hoá các hợp chất kiểu lignocellulose và cellulose trong rác thải tạo nên nguồn năng lượng thông qua các sản phẩm đường, ethanol, khí sinh học hay các các sản phẩm giàu năng lượng khác. 2.1.3 Tình hình sản xuất enzyme cellulase ở Việt Nam và trên thế giới 2.1.3.1 Tình hình sản xuất enzyme cellulase ở Việt Nam [13] Ở Việt Nam chưa có một chế phẩm enzyme cellulase nào được sản xuất chủ động từ những nguồn nguyên liệu trong nước. Việc sản xuất chỉ mới dừng lại ở việc nghiên 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. Năm 1999, Lý Kim Bảng và cộng sự đã xây dựng quy trình công nghệ sản xuất chế phẩm Micromix 3 để bổ sung vào bể ủ rác thải. Năm 2003, Hoàng Quốc Khánh và cộng sự đã nghiên cứu khả năng sinh tổng hợp và đặc điểm cellulase từ chủng Aspergillus niger. 2.1.3.2 Tình hình sản xuất enzyme cellulase trên thế giới [11] Đề tài: Thiết kế nhà máy sản xuất enzyme Cellulase theo phương pháp bề mặt năng suất 20 tấn/ngày. SVTH: Trần Thị Thanh Nhã - Lớp: 10SHLT ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP -8- GVHD: Ths. Nguyễn Hoàng Minh 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. Niger sử dụng trong công nghệ thực phẩm. Ở Canada, hãng Logene sản xuất cellulase sử dụng trong thức ăn gia súc, công nghiệp giấy, sản xuất ethanol. Ở Nhật Bản, hãng Nagada, Amano… hằng năm đã sản xuất đến 8000 tấn enzyme các loại để dùng trong nông nghiệp. 2.2 Tổng quan về hệ vi sinh vật phân giải cellulose 2.2.1 Vi khuẩn [1] 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, Cellulomonas. flavigena, Promyxobacterium, Psudomonas fluorescens var cellulose… 2.2.2 Niêm vi khuẩn [2] 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. Đề tài: Thiết kế nhà máy sản xuất enzyme Cellulase theo phương pháp bề mặt năng suất 20 tấn/ngày. SVTH: Trần Thị Thanh Nhã - Lớp: 10SHLT ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP -9- GVHD: Ths. Nguyễn Hoàng Minh 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. 2.2.3 Xạ khuẩn [3] Xạ khuẩn là nhóm vi sinh vật có khả năng phân hủy 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 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: Đề tài: Thiết kế nhà máy sản xuất enzyme Cellulase theo phương pháp bề mặt năng suất 20 tấn/ngày. SVTH: Trần Thị Thanh Nhã - Lớp: 10SHLT ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP -10- GVHD: Ths. Nguyễn Hoàng Minh + 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. 2.2.4 Nấm mốc [11] Đối tượng chủ yếu trong các nghiên cứu về cellulase hiện nay thường là nấm mốc. Rất nhiều loài nấm đã tổng hợp cellulase có hoạt tính khá cao trong đó đáng kể là một số chủng loại sau: + Asp. Flavus; Asp. Niger; Asp. Oryzae; Asp. Terreus; Asp. Amstelodamy; Asp. Fumigatus. + Chaetomium globosum; chaeelatum; chae. Fumicolum… +Mucor pusillus + Penicillium notatum, Pen. Variabite; Pen. Pusillum…. + Tricoderma koningi; Tr-lignorum Tr. Viride. + Sporotrichum pruinosum +Myro thecium verrucaris +Chrysosporium lignorum… 2.2.5 Nấm mốc Aspergillus niger 2.2.5.1 Yêu cầu giống vi sinh vật trong công nghệ enzyme [8] - Giống vi sinh vật phải có khả năng tổng hợp enzyme mà ta cần. - Giống vi sinh vật phải có khả năng thích ứng rất nhanh và phát triển mạnh. - Ngoài khả năng sinh tổng hợp enzyme mạnh, giống vi sinh vật ứng dụng trong sản suất enzyme phải có khả năng sinh sản phát triển mạnh. - Giống vi sinh vật phải là những giống dễ dàng tách được khỏi môi trường nuôi cấy lỏng. 2.2.5.2 Một số đặc điểm cơ bản của chủng Apergillus niger [11] Đề tài: Thiết kế nhà máy sản xuất enzyme Cellulase theo phương pháp bề mặt năng suất 20 tấn/ngày. SVTH: Trần Thị Thanh Nhã - Lớp: 10SHLT [...]... máy sản xuất enzyme Cellulase theo phương pháp bề mặt năng suất 20 tấn/ngày SVTH: Trần Thị Thanh Nhã - Lớp: 10SHLT ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Bã thải nấm -13- GVHD: Ths Nguyễn Hoàng Minh : 60% Bột đậu tương : 20% Cám gạo : 9,6% Trấu : 10% MgSO4 : 0,05% KH2SO4 : 0,2% NH4NO3 : 0,15% 2.2.8 Phương pháp nuôi cấy bề mặt [9] Nuôi cấy nấm mốc và một số vi khuẩn theo phương pháp bề mặt để sản xuất enzyme thường dùng môi... đến sự phát triển của vi sinh vật Sau khi trồng nấm hàm lượng lignin đã giảm xuống còn khoảng 9,59% Sự giảm đi của lignin giúp cho việc sử dụng bã thải rơm sau trồng nấm để ủ với vi sinh vật sản xuất enzyme 2.3.1.3 Hàm lượng nitrat Bảng 2.1: Kết quả định lượng Nitrat Đề tài: Thiết kế nhà máy sản xuất enzyme Cellulase theo phương pháp bề mặt năng suất 20 tấn/ngày SVTH: Trần Thị Thanh Nhã - Lớp: 10SHLT... hai phương pháp: phương pháp nuôi cấy bề mặt và phương pháp nuôi cấy bề sâu So sánh hai phương pháp ta thấy phương pháp nuôi cấy bề mặt có những ưu điểm sau: - Nuôi bề mặt rất dễ thực hiện, quy 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 - Nuôi cấy bề mặt. .. tài: Thiết kế nhà máy sản xuất enzyme Cellulase theo phương pháp bề mặt năng suất 20 tấn/ngày SVTH: Trần Thị Thanh Nhã - Lớp: 10SHLT ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP -25- GVHD: Ths Nguyễn Hoàng Minh Như vậy sau khi trừ ngày lễ thì số ngày làm việc trong một năm của nhà máy là 305 ngày Trong đó số ngày ngừng sản xuất để bảo dưỡng và vệ sinh phân xưởng máy móc thiết bị là 15 ngày Vậy trong một năm số ngày sản xuất thật... 123801,872 × 0,15 × (100 − 60) = 74,281 (kg/ngày) 100 × 100 4.2.3 Dây chuyền sản xuất bã thải nấm 4.2.3.1 Nghiền, định lượng (Tỉ lệ hao hụt 3%) Lượng bã thải nấm trước công đoạn nghiền, định lượng: 34955,823 × 100 = 36036,823 (kg/ngày) 100 − 3 Lượng hao hụt: Đề tài: Thiết kế nhà máy sản xuất enzyme Cellulase theo phương pháp bề mặt năng suất 20 tấn/ngày SVTH: Trần Thị Thanh Nhã - Lớp: 10SHLT ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP... vi sinh vật sẽ tạo thành những ván phủ kín bề mặt dung dịch lỏng Enzyme sẽ được tổng hợp trong tế bào và thoát khỏi tế bào vào trong dung dịch nuôi cấy Do đó việc thu nhận enzyme thô trong dịch nuôi cấy cũng rất đơn giản Tuy nhiên phương pháp nuôi cấy này tỏ ra không hiệu Đề tài: Thiết kế nhà máy sản xuất enzyme Cellulase theo phương pháp bề mặt năng suất 20 tấn/ngày SVTH: Trần Thị Thanh Nhã - Lớp:... quen với môi trường lên men sẽ sản xuất trên quy mô công nghiệp + Tạo đủ lượng giống để sản xuất trên quy mô công nghiệp - Cách tiến hành: Nhân giống trên máy lắc Môi trường trong giai đoạn này cũng là môi trường trên mốc giống được nuôi trong bình tam giác 1 lít và được đặt trên máy lắc Đề tài: Thiết kế nhà máy sản xuất enzyme Cellulase theo phương pháp bề mặt năng suất 20 tấn/ngày SVTH: Trần Thị Thanh... muối trung tính Sau đó dịch enzyme sẽ được đưa vào thiết bị cô đặc 3.2.12 Cô đặc Mục đích của giai đoạn này là nâng cao nồng độ chất khô từ 4 - 6g/l tới 15 - 20 g/l, cho thêm một số chất bảo quản để đưa dung dịch đạt nồng độ 35 – 40 g/l Sau đó dịch cô đặc sẽ được đưa vào thiết bị sấy phun Đề tài: Thiết kế nhà máy sản xuất enzyme Cellulase theo phương pháp bề mặt năng suất 20 tấn/ngày SVTH: Trần Thị... Nhân giống sản xuất Định lượng Làm nguội 33 - 340C Khay Cấy giống Phân phối vào khay nuôi Thanh trùng khay Nuôi cấy 28 – 320C, 3 – 5 ngày, w = 60% Thu nhận chế phẩm (W: 60%) enzyme 40% Đề tài: Thiết kế nhà máy sản xuất enzyme Cellulase theo phương pháp bề mặt năng suất 20 tấn/ngày SVTH: Trần Thị Thanh Nhã - Lớp: 10SHLT ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP -18- GVHD: Ths Nguyễn Hoàng Minh 60% Sấy băng tải Ws=10% Bã Nghiền... hao hụt: 123801,872 × 2 = 2476,037 (kg/ngày) 100 Đề tài: Thiết kế nhà máy sản xuất enzyme Cellulase theo phương pháp bề mặt năng suất 20 tấn/ngày SVTH: Trần Thị Thanh Nhã - Lớp: 10SHLT ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP -29- GVHD: Ths Nguyễn Hoàng Minh 4.2.2.8 Lượng nguyên liệu sản xuất trong một mẻ Độ ẩm ban đầu của nguyên liệu trước khi phối trộn + Bã thải nấm : 15% + Bột đậu tương : 15% + Cám gạo : 10% + Trấu : 5% . bổ sung các loại enzyme trong khâu nghiền bột, tẩy trắng có vai trò rất quan trọng. Nguyên liệu ban đầu chứa hàm lượng cao các chất khó tan là lignin và một phần hemicellulose, nên trong quá. 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. -. lại khoảng từ 27 – 27,5% như vậy qua quá trình trồng nấm lượng cellulose có trong nguyên liệu ban đầu đã bị phân giải một phần khá lớn trong quá trình trồng nấm. 2.3.1.2 Hàm lượng lignin Hàm