Thiết kế nhà máy sản xuất canh trường axit lactic

Axit lactic là nguyên liệu rất cần thiết của công nghệ thuộc da (làm mền và làm nở da), công nghiệp dệt (nhuộm, in), công nghệ tổng hợp chất dẻo, công nghệ thực phẩm. Lactac canci là loại dược phẩm nhằm bổ sung canci dưới dạng dễ hấp thụ cho cơ thể…Trong công nghiệp để sản xuất axit lactic và các lactac canci cần sử dụng một lượng lớn vi khuẩn lactobacillus denbruckii và một số chủng vi khuẩn lactic khác. Canh trường axit lactic bao gồm toàn bộ dịch thu được sau quá trình lên men dịch đường trong điều kiện nhiệt độ, pH… xác định và có sự xúc tác của nhóm vi khuẩn láctic, nhưng chủ yếu là chủng vi khuẩn lactic đồng hình. Từ canh trường axit lactic tinh chế và thu được axit lactic. Canh trường axit lactic là một trong những nguyên liệu chính để sản xuất malt proteolin (nguồn nguyên liệu rất cần thiết trong sản xuất các loại bia)Nguyên liệu chủ yếu để sản xuất canh trường axit lactic là ngô, malt, (một số nguyên liệu chứa tinh bột hoặc đường), nước, vi khuẩn lactic. Ở Việt Nam hiện chưa có nhà máy sản xuất canh trường axit lactic. Với sự phát triển của các ngành công nghiệp như hiện nay và đặc biệt là sự ứng dụng của các sản phẩm từ ngành công nghệ sinh học (các sản phẩm lên men) ngày các nhiều. Do đó, việc xây dựng một nhà máy sản xuất canh trường axit lactic có chất lượng cao nhằm đáp ứng nhu cầu người tiêu dùng và đóng góp lớn vào sự phát triển của nền kinh tế là mục tiêu thiết thực.

Đồ án tốt nghiệp Trang 1 GVHD: ThS. Phan Thị Bích Ngọc MỞ ĐẦU Axit lactic là nguyên liệu rất cần thiết của công nghệ thuộc da (làm mền và làm nở da), công nghiệp dệt (nhuộm, in), công nghệ tổng hợp chất dẻo, công nghệ thực phẩm. Lactac canci là loại dược phẩm nhằm bổ sung canci dưới dạng dễ hấp thụ cho cơ thể… Trong công nghiệp để sản xuất axit lactic và các lactac canci cần sử dụng một lượng lớn vi khuẩn lactobacillus denbruckii và một số chủng vi khuẩn lactic khác. Canh trường axit lactic bao gồm toàn bộ dịch thu được sau quá trình lên men dịch đường trong điều kiện nhiệt độ, pH… xác định và có sự xúc tác của nhóm vi khuẩn láctic, nhưng chủ yếu là chủng vi khuẩn lactic đồng hình. Từ canh trường axit lactic tinh chế và thu được axit lactic. Canh trường axit lactic là một trong những nguyên liệu chính để sản xuất malt proteolin (nguồn nguyên liệu rất cần thiết trong sản xuất các loại bia) Nguyên liệu chủ yếu để sản xuất canh trường axit lactic là ngô, malt, (một số nguyên liệu chứa tinh bột hoặc đường), nước, vi khuẩn lactic. Ở Việt Nam hiện chưa có nhà máy sản xuất canh trường axit lactic. Với sự phát triển của các ngành công nghiệp như hiện nay và đặc biệt là sự ứng dụng của các sản phẩm từ ngành công nghệ sinh học (các sản phẩm lên men) ngày các nhiều. Do đó, việc xây dựng một nhà máy sản xuất canh trường axit lactic có chất lượng cao nhằm đáp ứng nhu cầu người tiêu dùng và đóng góp lớn vào sự phát triển của nền kinh tế là mục tiêu thiết thực. SVTH: Phan Thị Hà Trúc - Lớp: 10shlt Thiết kế nhà máy sản xuất canh trường axit lactic. Đồ án tốt nghiệp Trang 2 GVHD: ThS. Phan Thị Bích Ngọc CHƯƠNG I LẬP LUẬN KINH TẾ KỸ THUẬT Canh trường acid lactic là một sản phẩm rất cần thiết trong công nghiệp sản xuất malt proteolin. Trong khi đó trong nước ta chưa có nhà máy sản xuất loại sản phẩm này. Đây là một lợi thế để ĐẮK LẮK bắt tay vào xây dựng và sản xuất. 1.1. Đặc điểm tự nhiên của tỉnh Đắk Lắk Có nhiều thuận lợi, Đắk Lắk nằm ở trung tâm của khu vực Tây Nguyên. Diện tích tuy nhỏ nhưng có một lượng lớn diện tích chưa có mục đích sử dụng là điều kiện thuận lợi cho phát triển nhà máy. Thời tiết phân làm hai mùa rõ rệt, mùa mưa ít hơn. Hướng gió ổn định chủ yếu là hướng Đông-Nam. Nhiệt độ không cao quá 37 0 C cũng không thấp quá 15 0 C, độ ẩm tương đối thường ở mức 77%. 1.2.Vùng nguyên liệu Tỉnh Đắk Lắk nằm ở khu vực trung tâm Tây nguyên. Đây là nơi tập trung được các nguồn nguyên liệu dồi dào cung cấp cho sản xuất. Các tỉnh miền Trung Tây nguyên chủ yếu là đất đỏ bazan, hoa màu được trồng chủ yếu là bắp (nguồn nguyên liệu chiếm gần 70% trong sản xuất axit lactic). Đây là điều kiện thuận lợi nhất để Đắk Lắk xây dựng nhà máy sản xuất canh trường axit lactic. 1.3. Hợp tác hoá Nhà máy sẽ đặt tại trung tâm, nên các điều kiện về hợp tác hoá giữa các nhà máy và các nhà máy khác rất thuận lợi và sử dụng chung các công trình công cộng như điện, nước, hệ thống thoát nước, giao thông….vv Nhờ đó sẽ giảm thiểu vốn đầu tư ban đầu. 1.4. Nguồn cung cấp điện, hơi và nhiên liệu Nhà máy sẽ sử dụng nguồn điện từ lưới điện Quốc gia, phân xưởng lò hơi được sản xuất nhờ nguồn nhiên liệu là vỏ hạt điều 1.5. Nguồn cung cấp nước và vấn đề xử lý nước SVTH: Phan Thị Hà Trúc - Lớp: 10shlt Thiết kế nhà máy sản xuất canh trường axit lactic. Đồ án tốt nghiệp Trang 3 GVHD: ThS. Phan Thị Bích Ngọc Nguồn cung cấp nước cho nhà máy như nước của công ty cung cấp nước thành phố, hoặc cũng có thể sử dụng nguồn nước ngầm như khoan giếng…Ở đây ta chọn nước máy từ nhà máy cung cấp nước thành phố và nước từ giếng khoan. Nước từ nhà máy đưa về đều được lắng, lọc, làm mềm và xử lý ion trước khi sản xuất. 1.6. Giao thông vận tải Đắk Lắk nằm trên quốc lộ 26 là đầu mối giao thông quan trọng của các tỉnh miền Trung Tây nguyên. Tuyến đường chính để giao thương với các tỉnh miền Trung và Tây nam. Ngoài ra còn có tuyến quốc lộ 14B nối Đà Nẵng và Lào, Thái Lan. Do đó thuận lợi cho việc vận chuyển nguyên liệu và sản phẩm. 1.7. Thoát nước Nước thải nhà máy sau khi xử lý được đưa ra hệ thống cống thoát nước và đến khu xử lý nước thải chung của tỉnh. 1.8. Nhân công Nhà máy tuyển lao động ở tại Đắk Lắk và các địa phương lân cận. 1.9. Nguồn tiêu thụ sản phẩm Nguồn tiêu thụ cho sản phẩm ở đây chủ yếu hướng vào các công ty chế biến các sản phẩm muối chua, nhà máy sản xuất malt proteolin, các công ty chế biến thực phẩm, các công ty sản xuất mỹ phẩm vì đây là các công ty cần một lượng axit lactic để phục vụ cho việc sản xuất. Kết luận: tất cả các điều kiện trên là cở sở thuận lợi, có tính khả thi để xây dựng nhà máy sản xuất axit lactic tại Đắk Lắk . SVTH: Phan Thị Hà Trúc - Lớp: 10shlt Thiết kế nhà máy sản xuất canh trường axit lactic. Đồ án tốt nghiệp Trang 4 GVHD: ThS. Phan Thị Bích Ngọc CHƯƠNG 2 TỔNG QUAN 2.1. Giới thiệu về canh trường lactic Canh trường axit lactic là sản phẩm lên men nhờ sự xúc tác của các loại vi khuẩn lactic đồng hình và dị hình. Nhưng chủ yếu là vi khuẩn axit lactic đồng hình Canh trường axit lactic là toàn bộ dịch lỏng thu được sau quá trình lên men, trong đó chứa khoảng 5 – 6% axit lactic 2.2. Nguyên liệu sản xuất 2.2.1. Malt Malt là những hạt hoà thảo nảy mầm trong điều kiện nhiệt độ và độ ẩm nhân tạo xác định. Hiện nay công nghệ sản xuất malt thường dùng các loại nguyên liệu như : hạt đại mạch, tiểu mạch…nhưng thường dùng malt đại mạch là chủ yếu Yêu cầu của malt đại mạch: ─ Phải sạch, có mùi thơm đặc trưng của malt, có vị ngọt, màu vàng sáng đều. Không được có mùi vị lạ, không được mốc và không hôi khói. ─ Kích thước phải đều ─Khối lượng riêng của malt trong khoảng 520÷600g/l. ─Khối lượng của 1000 hạt chiếm 28÷36g. ─ Độ ẩm của malt khi sấy 2÷3,5%, trong quá trình bảo quản phải ≤ 6%. ─ Độ chiết của malt 75÷82% ─Malt có thời gian đường hoá 10÷35 phút. Hàm lượng protein thì phải nằm trong khoảng 9÷12 Nước ta không sản xuất được malt đại mạch do đó phải nhập ngoại. Malt được mua từ các nước ở Châu Âu, Châu Úc rồi được đưa về nhà máy và bảo quản trong kho. Trong quá trình bảo quản thường xuyên theo dõi nhiệt độ và độ ẩm để kịp thời xử lí. Thời gian bảo quản dự trử là 1 tháng.Hoặc các nhà máy nhập nguyên liệu hạt đại mạch về và sản xuất malt đại mạch SVTH: Phan Thị Hà Trúc - Lớp: 10shlt Thiết kế nhà máy sản xuất canh trường axit lactic. Đồ án tốt nghiệp Trang 5 GVHD: ThS. Phan Thị Bích Ngọc 2.2.2. Ngô 2.2.2.1. Đặc trưng và phân loại ngô Ngô là loài cây lương thực trồng phổ biến trên thế giới. Cây ngô rất dễ trồng thích hợp với nhiều loại khí hậu khác nhau cho nên nó được trồng ở cả các nước nhiệt đới, ôn đới lẫn hàn đới. Tuy nhiên ở những vùng lạnh thì khó mọc và năng suất thấp. Ngô có nhiều giống, chúng khác nhau về hình dạng bắp, hình dạng và kích thước hạt và đặc biệt là khác nhau về ý nghĩa sử dụng. Dựa vào các đặc điểm trên ngô được phân thành các loại sau: * Ngô đá Ngô đá bắp lớn, hạt có màu trắng hoặc vàng đôi khi màu tím, Nội nhủ trắng trong, chỉ một ít lõi trắng đục, hàm lượng tinh bột khoảng 56 – 75%. Thành phần tinh bột gồm 21% amilo và 79% amilopectin. Ngô đá phổ biến ở nhiều nước và dùng để sản xuất ngô mảnh hiệu suất cao. * Ngô răng ngựa Ngô răng ngựa bắp to, dài tới 20 – 25 cm. Đầu hạt lõm, hạt trông giống răng ngựa. Vỏ hạt màu vàng đôi khi màu trắng. Hàm lượng tinh bột khoảng 30 – 63%. Thành phần tinh bột gồm 21% amilo 79% amilpectin. Ngô răng ngựa khi xay cho nhiều bột ngô, ít ngô mảnh. * Ngô bột Bắp dài khoảng 17 – 20 cm, hạt đầu tròn hoặc hơi vuông, màu trắng phôi lớn. Nội nhũ trắng đục. Hàm lượng tinh bột khoảng 55 – 80%, thành phần tinh bột chứa khoảng 20% amilo và 80% amilopectin. * Ngô sáp Ngô sáp hay gọi là ngô nếp. Đầu hạt tròn, hạt nhỏ, màu trắng đục. Phần ngoài nội nhủ trắng trong, trong lõi trắng đục. SVTH: Phan Thị Hà Trúc - Lớp: 10shlt Thiết kế nhà máy sản xuất canh trường axit lactic. Đồ án tốt nghiệp Trang 6 GVHD: ThS. Phan Thị Bích Ngọc Hàm lượng tinh bột chứa tới 60%, thành phầm tinh bột chủ yếu là amilopectin còn amilo hầu như không có. * Ngô nổ Ngô nổ đầu hạt nhọn, nội nhủ trắng trong, hàm lượng tinh bột khoảng 62 -72% , thành phần tinh bột 23% amilo và 77% amilopectin. Ngô nổ rất cứng khó nghiền thường dùng để sản xuất ngô mảnh. * Ngô đường Ngô đường hạt nhăn nheo, vỏ hạt màu vàng hoặc trắng, hàm lượng tinh bột thấp khoảng 25 – 37%. Nhiều dextrin và đường tới 19 – 31%. Thành phần tinh bột khoảng 60 – 98% amilo, amilopectin khoảng 2 - 40%. 2.2.2.2. Cấu tạo và tính chất của hạt ngô Hạt ngô cấu tạo gồm 3 phần chính: Nội nhũ Phôi Vỏ Bảng 2.1: Tỉ lệ khối lượng từng phần một số loại bột ngô (%)[ 5, tr 31] Thành phần của hạt Loại ngô Ngô đá Ngô bột Ngô răng ngựa Nội nhũ 80-90 79-83 81 Phôi 8-13 10-14 10-12 Vỏ 1,5-6 5-5,5 5-8,3 2.2.2.3. Thành phần hóa học Thành phần hóa học của ngô chủ yếu gồm: tinh bột và protit. Ngoài ra còn có một số chất khác như chất béo, đường, xenlulo SVTH: Phan Thị Hà Trúc - Lớp: 10shlt Thiết kế nhà máy sản xuất canh trường axit lactic. Đồ án tốt nghiệp Trang 7 GVHD: ThS. Phan Thị Bích Ngọc Bảng 2.2: Thành phần một số loại ngô ( theo % chất khô ) [6, tr 32-33] Loại ngô Protit Tinh bột Chất béo Tro Ngô bột 11,3 64,2 7,2 1,05 Ngô răng ngựa 12,2 61,5 7,7 1,16 Ngô đá 12,3 60 7,9 1,28 Ngô sáp 12,9 61,6 7,8 1,1 Ngô đường 13,8 31,2 14,4 1,37 Ngô nổ 14,3 59,9 6,36 1,33 Trong công nghệ sản xuất người ta thường hay sử dụng ngô mảnh bởi ngô mảnh có các yêu điểm sau: - Là vật liệu rời. - Tinh bột có trong ngô mảnh không tạo kết dính nên thuận lợi cho môi trường trong muôi cấy. - Không còn phôi. Bảng 2.3: Thành phần hóa học trung bình của ngô mảnh [ 6, tr50] STT Thành phần Đơn vị Số lượng 1 Protein % 8,5 2 Lipit % 3,2 3 Gluxit tổng số % 71,8 4 Cellulose % 1,7 5 Tro % 0,8 6 Natri mg/100g 10,4 7 Kali mg/100g 310,6 8 Canxi mg/100g 30 9 Photpho mg/100g 30 10 Magie mg/100g 190 11 Sắt mg/100g 85 12 Kẽm mg/100g 2,3 13 Đồng mg/100g 0,16 14 Mangan mg/100g 0,5 15 Coban mg/100g 22,4 16 Molipden mg/100g 35 2.2.3. Nước: Nước là một loại nguyên liệu quan trọng trong công nghiệp sản xuất. Trong nhà máy canh trường axit lactic, nước được dùng với nhiều mục đích khác nhau: xử SVTH: Phan Thị Hà Trúc - Lớp: 10shlt Thiết kế nhà máy sản xuất canh trường axit lactic. Đồ án tốt nghiệp Trang 8 GVHD: ThS. Phan Thị Bích Ngọc lý nguyên liệu, nấu nguyên liệu, làm nguội bán thành phẩm và thành phẩm, thanh trùng, vệ sinh xí nghiệp…Do đó, lượng nước sử dụng trong nhà máy rất lớn. Lượng nước trực tiếp dùng để nấu không nhiều nhưng nó ảnh hưởng đến chất lượng của sản phẩm. Chính vì thế, nước để nấu phải đảm bảo những yêu cầu: ─Nước phải trong suốt, không màu, có vị dễ chịu, không có mùi vị lạ và không chứa các vi sinh vật gây bệnh. ─Nước có độ cứng trung bình 5÷6mg/l, pH= 6,8÷7,3, độ oxi hoá không vượt quá 1÷2mg/l, hàm lượng cặn khô không vượt quá 600mg/l, chuẩn độ coli không nhỏ hơn 300ml, chỉ số coli không lớn hơn 3. ─Nước sử dụng để nấu không được có xianit, thuỷ ngân, bari, crôm, ammoniac, photphat, sunfuahydro, nitrit. Nước dùng trong nhà máy được lấy từ hai nguồn: nước từ công ty cấp thoát nước và nước lấy từ giếng khoan. Trong đó nguồn nước chính là nước máy. Các giếng khoan có vai trò dự trử và bổ sung khi thiếu nước 2.3. Vi khuẩn lactic Axit lactic là axit tồn tại trong tự nhiên, được tìm thấy ở người, động vật, thực vật và vi sinh vât. Công thức hoá học của axit lactic là CH 3 CHOHCOOH. Axit lactic còn có tên gọi khác là 1-hydroxyrthanol cacboxylic hay axit 2- hydroxypropaonic. Các vi khuẩn lactic được xếp chung vào họ Lactobacteriaccac. Có 2 kiểu lên men lactic. - Lên men đồng hình:trong quá trình lên men bởi vi khuẩn lactic đồng hình thực tế chỉ xuất hiện axi lactic. Vi khuẩn đồng hình là những vi khuẩn trong tế bào của chúng có chứa enzim aldolaza và enzim trisphotphatizomeraza. Phương trình phân giải glucoza của vi khuẩn lactic đồng hình có thể biểu diễn như sau. C 6 H 12 O 6 → 2CH 3 -CHOH-COOH SVTH: Phan Thị Hà Trúc - Lớp: 10shlt Thiết kế nhà máy sản xuất canh trường axit lactic. Đồ án tốt nghiệp Trang 9 GVHD: ThS. Phan Thị Bích Ngọc - Lên men dị hình: ở lên men này, vi khuẩn lactic tạo ra không lớn lắm. Ngoài axit lactic, còn tạo ra một loạt các sản phẩm khác như ethanol, axit axetic, axit propionic và CO 2 . Tất cả các vi khuẩn lactic dị hình thường thiếu hai loại enzim quan trọng là enzim aldolaza và enzim trisphotphatizomeraza. C 6 H 12 O 6 → CH 3 -CHOH-COOH + CH 3 -CH 2 OH + CO 2 Chỉ có lên men đồng hình là có ý nghĩa trong công nghiệp, nên trong nhà máy sử dụng kiểu lên men đồng hình trong quá trình sản xuất canh trường vi khuẩn axit lactic. 2.4. Các chất phụ gia và hổ trợ kĩ thuật 2.4.1. Chế phẩm enzime termamyl - Termamyl là tên thị trường của enzim amylase - Enzim termamyl là một endoamylaza bẻ gãy mối liên kết hydrolyses 1,4-alpha glycosidic trong amylose và Amylopectin, hai thành phần của tinh bột. Do đó tinh bột bị phá vở nhanh chóng để tạo dextrin và oligosaccharides. + Termamyl hoạt động tối ưu ở pH 7 và 90 0 C - Termamyl có tác dụng ổn định nhiệt sản xuất bởi một chủng Licheniformis Bacillus Termamyl được sử dụng trong các ngành công nghiệp: tinh bột, mía đường, rượu, acid, bia… Enzim amylase là một hệ enzim rất phổ biến trong thế giới sinh vật. Các enzim này thuộc nhóm enzim thủy phân, xúc tác phân giải liên kết nội phân tử trong nhóm polysaccharide với sự tham gia của nước. Có thể tìm thấy ở các nguồi khác nhau như amylase từ thật vật, động vật và vi sinh vật. Nguồn amylase có thể lấy từ mầm thóc, mầm đại mạch, hạt bắp nảy mần hay từ nấm mốc…. Nguyên liêụ cho sản xuất là gạo, bắp, khoai mì,… đây là những nguồn nguyên liệu dễ tìm, rẽ tiền có thể tìm thấy dễ dàng ở nước ta. Trong sản xuất axit SVTH: Phan Thị Hà Trúc - Lớp: 10shlt Thiết kế nhà máy sản xuất canh trường axit lactic. Đồ án tốt nghiệp Trang 10 GVHD: ThS. Phan Thị Bích Ngọc lactic ta sử dụng enzim termamyl cho các hóa lỏng liên tục của tinh bột ở nhiệt độ lên tới 105 - 110 0 C 1.4.2. Hóa chất H 2 SO 4 : Cho vào khi hồ hóa ở nồi ngô, có tác dụng tạo môi trường thuận lợi cho enzim hoạt động , có tác dụng điều chỉnh pH CaCl 2 : Bổ sung vào nồi malt và nồi ngô, có tác dụng làm bền enzim  - amylaza ở nhiệt độ cao chống lại khả năng nhiểm khuẩn của canh trường Axit lactic : Điều chỉnh pH 2.5. Một số các quá trình sinh hóa quan trọng 2.5.1. Nấu Các quá trình xảy ra trong nấu có chia ra làm 2 nhóm: quá trình enzim và phi enzim 2.5.1.1. Qúa trình enzim Dưới tác dụng của các enzim, các chất có trong nguyên liệu bị thủy phân và chuyển sang trạng thái hòa tan. - Dưới tác dụng của hệ enzim amylaza, tinh bột sẽ chuyển thành các loại đường khác nhau và dextrin. - Dưới tác dụng của hệ enzim proteaza, protein sẽ bị thủy phân thành axit amin và các polipeptit bậc thấp. - Dưới tác dụng của enzim phitaza, phitin bị thủy phân và giải phóng H 3 PO 4 - Dưới tác dụng của hệ enzim xitaza dẫn đến sự thủy phân hemixenluloza và một số các chất khác của nguyên liệu để tạo thành glucoza, xitoza, arabinoza và các dextrin. 2.5.1.2. Qúa trình phienzim - Sự kết lắng và biến tính protein : dưới tác động của nhiệt độ cao, một phần protein bị biến tính và đông tụ SVTH: Phan Thị Hà Trúc - Lớp: 10shlt Thiết kế nhà máy sản xuất canh trường axit lactic. . . SVTH: Phan Thị Hà Trúc - Lớp: 10shlt Thiết kế nhà máy sản xuất canh trường axit lactic. Đồ án tốt nghiệp Trang 4 GVHD: ThS. Phan Thị Bích Ngọc CHƯƠNG 2 TỔNG QUAN 2.1. Giới thiệu về canh trường. thực. SVTH: Phan Thị Hà Trúc - Lớp: 10shlt Thiết kế nhà máy sản xuất canh trường axit lactic. Đồ án tốt nghiệp Trang 2 GVHD: ThS. Phan Thị Bích Ngọc CHƯƠNG I LẬP LUẬN KINH TẾ KỸ THUẬT Canh trường. đông tụ SVTH: Phan Thị Hà Trúc - Lớp: 10shlt Thiết kế nhà máy sản xuất canh trường axit lactic. Đồ án tốt nghiệp Trang 11 GVHD: ThS. Phan Thị Bích Ngọc - Xảy ra phản ứng tạo thành melanoid - Phản