Thiết kế phân xưởng sản xuất enzyme papain từ nhựa đu đủ năng suất 48000 tấn nguyên liệunăm

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: Th.s Đoàn Thị Hoài Nam LỜI CẢM ƠN Để hoàn thành đề tài tốt nghiệp này thì không chỉ có sự cố gắng, nổ lực của chính bản thân em, mà còn cần đến quan tâm giúp đỡ nhiệt tình của quý thầy cô và các bạn. Em xin gởi lời cảm ơn chân thành đến quý thầy cô trong bộ môn Công nghệ sinh học - Khoa Hóa - Trường Đại học Bách Khoa Đà Nẵng đã cho em những nền tảng kiến thức ban đầu vững chắc để có thể hoàn thành tốt đề tài tốt nghiệp của mình và tiếp thu những kiến thức mới cho công việc sau này. Em xin chân thành cảm ơn sâu sắc đến Cô Đoàn Thị Hoài Nam đã hướng dẫn tận tình, chu đáo và tạo điều kiện cho em hoàn thành tốt đề tài tốt nghiệp. Cuối cùng, em xin gởi lời cảm ơn đến người thân, bạn bè đã luôn giúp đỡ em trong suốt quá trình hoàn thành đề tài tốt nghiệp của mình. Mặc dù đã có nhiều cố gắng để hoàn thiện đề tài bằng tất cả sự nhiệt tình và năng lực của mình, tuy nhiên không thể tránh khỏi những thiếu sót, rất mong nhận được những ý kiến đóng góp quý báu từ quý thầy cô và các bạn độc giả. Đà Nẵng, ngày 25 tháng 5 năm 2015 Nguyễn Thị Thân SVTH: Nguyễn Thị Thân Trang 1 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: Th.s Đoàn Thị Hoài Nam MỤC LỤC SVTH: Nguyễn Thị Thân Trang 2 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: Th.s Đoàn Thị Hoài Nam DANH MỤC HÌNH SVTH: Nguyễn Thị Thân Trang 3 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: Th.s Đoàn Thị Hoài Nam DANH MỤC BẢNG SVTH: Nguyễn Thị Thân Trang 4 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: Th.s Đoàn Thị Hoài Nam SVTH: Nguyễn Thị Thân Trang 5 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: Th.s Đoàn Thị Hoài Nam MỞ ĐẦU Trước nay chúng ta đã nghe nhiều về công dụng của quả đu đủ, chúng giúp cho việc tiêu hóa dể dàng hơn, giúp da đẹp hơn… và còn là món sinh tố ngon miệng nữa. Quả đu đủ không chỉ có giá trị khi nó đã chín mà còn có giá trị cao khi nó còn xanh. Trong mủ quả đu đủ xanh chứa rất nhiều loại enzyme có giá trị kinh tế, quan trọng nhất là papain. Papain được xếp vào loại enzyme protease, có tính chất gần giống như pepsin và các loại enzyme protease khác. Hiện nay người ta ứng dụng papain trong việc mở đĩa đệm trong phẫu thuật cột sống, sản xuất mỹ phẩm… Nước ta là có khí hậu nhiệt đới thích hợp cho cây đu đủ phát triển, vậy thì tại sao chúng ta lại không khai thác lợi thế này để thu lấy nguồn papain, có giá trị cao hơn nhiều so với khi thu nhận quả đu đủ chín. Cho đến nay, chế phẩm enzyme đã trở thành mặt hàng có tính thương mại toàn cầu. Nhưng ở Việt Nam công nghệ enzyme chưa phát triển và chưa có loại enzyme nào được sản xuất theo quy mô công nghiệp. Vì vậy, yêu cầu phát triển nghành công nghiệp enzyme là hết sức cần thiết. Vì vậy em chọn đề tài “Thiết kế phân xưởng sản xuất enzyme papain từ nhựa đu đủ năng suất 48000 tấn nguyên liệu/năm” SVTH: Nguyễn Thị Thân Trang 6 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: Th.s Đoàn Thị Hoài Nam CHƯƠNG 1: LẬP LUẬN KINH TẾ 1.1. Sự cần thiết của xây dựng nhà máy sản xuất enzyme papain Ngày nay, cùng với sự phát triển mạnh mẽ của Công nghệ sinh học, các chế phẩm enzyme được sản xuất ngày càng nhiều và được sử dụng hầu hết trong các lĩnh vực như: chế biến thực phẩm, nông nghiệp, chăn nuôi, y tế… Khoảng 75% chế phẩm là enzyme thủy phân được sử dụng cho việc thủy phân cơ chất tự nhiên. Với những lợi ích và giá trị mà enzyme papain đem lại , nó được ứng dụng rộng rãi và thường được dùng trong lĩnh vực chế biến mỹ phẩm. Ngoài ra, papain rất cần cho nhiều lĩnh vực công nghiệp: dược phẩm, hóa chất, kỹ nghệ tơ sợi dệt may, thuộc da, thực phẩm Papain là một loại enzyme protease được thu nhận từ nhựa đu đủ, một loại nguyên liệu có nhiều ở các nước nhiệt đới cũng như ở nước ta. Vì vậy, đầu tư cho xây dựng một nhà máy sản xuất chế phẩm enzyme papain là cần thiết. Việc lựa chọn vị trí xây dựng nhà máy sản xuất enzyme papain có ảnh hưởng rất lớn đến sự tồn tại của nhà máy vì vậy khi xây dựng nhà máy sản xuất enzyme papain cần phải đảm bảo những yêu cầu về:  Vị trí đặt nhà máy  Giao thông vận tải thuận lợi  Việc cung cấp điện và nguyên liệu dễ dàng  Nguồn cấp và thoát nước thuận lợi  Nguồn nhân lực dồi dào 1.2. Địa điểm xây dựng Nhà máy sẽ được xây dựng tại khu công nghiệp Hòa Cầm – Thành phố Đà Nẵng. Việc chọn khu công nghiệp Hòa Cầm làm địa điểm xây dựng nhà máy mang lại cho chúng ta rất nhiều thuận lợi. Bởi vì đây là khu Công nghiệp (KCN) có vị trí thuận lợi nhất trong các KCN tại Đà Nẵng, cách trung tâm thành phố 8km về phía Tây Nam. Với vị trí chiến lược: nằm trên trục hành lang kinh tế Đông Tây, giáp Quốc lộ 14B và chỉ cách các công trình hạ tầng quan trọng của thành phố như cảng Sông Hàn, cảng Liên Chiểu, sân bay Quốc tế Đà Nẵng, Ga Đà Nẵng từ 5 đến 8km. SVTH: Nguyễn Thị Thân Trang 7 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: Th.s Đoàn Thị Hoài Nam Hơn nữa, 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. Với điều kiện tự nhiên, khí hậu như vậy việc xây dựng nhà máy sản xuất enzyme papain là hoàn toàn có cơ sở (không ảnh hưởng đến cuộc sống dân cư tại đây). 1.3. Nguồn cung cấp điện, hơi và nhiệt Đà Nẵng là một thành phố lớn lại có khu công nghiệp nên các vấn đề về điện, hơi, nhiên liệu được thành phố đầu tư đáng kể. Nhà máy sẽ sử dụng nguồn điện và hơi có sẵn tại khu công nghiệp. Nhà máy sử dụng nguồn điện lấy từ lưới điện quốc gia. Ngoài ra để đảm bảo cho quá trình sản xuất được liên tục thì nhà máy còn trang bị máy phát điện dự phòng. Lượng hơi đốt cung cấp cho các phân xưởng lấy từ lò hơi riêng của nhà máy. Nhiên liệu dùng cho lò hơi là dầu DO được mua từ trạm xăng dầu trong tỉnh. 1.4. Hệ thống cấp và thoát nước Nguồn nước sử dụng cho sản xuất tại cơ sở là nguồn nước ngầm, được lấy từ giếng khoan có độ sâu 90m với công suất 12m 3 /h. Nước giếng sau khi được bơm lên tháp chứa sẽ được xử lý sắt và mangan bằng hệ thống xử lý với công suất 150m 3 /8h trước khi đưa vào sử dụng. SVTH: Nguyễn Thị Thân Trang 8 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: Th.s Đoàn Thị Hoài Nam Lượng nước thải ra của cơ sở chủ yếu là từ hoạt động vệ sinh thường ngày của công nhân, vệ sinh thiết bị và từ các quá trình sản xuất như ly tâm 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. 1.5. Giao thông vận tải. Đà Nẵng nằm trên quốc lộ 1A là đầu mối giao thông quan trọng của hai miền Nam Bắc. Có cảng lớn có thể thông ra quốc tế. Ngoài ra còn có tuyến quốc lộ 14B nối Đà Nẵng với Tây Nguyên và Lào, Thái Lan. Do đó thuận lợi cho việc vận chuyển nguyên liệu và sản phẩm. Kênh vận chuyển đa dạng với đường sắt, đường bộ, đường thuỷ, đường hàng không là điều kiện rất thuận lợi về giao thông. 1.6. Hợp tác hóa 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… 1.7. Nhân công và thị trường tiêu thụ. Thị trường tiêu thụ được chọn là thị trường cho cả nước và cả thị trường quốc tế. Nhà máy tuyển lao động ở tại Đà Nẵng và các địa phương lân cận. Mặt khác với mức độ đô thị hoá của thành phố hiện nay, lượng lao động vãn lai rất dồi dào. Từ đó có thể thuê nhân công với giá rẻ. Kết luận: Tất cả các điều kiện trên là cở sở thuận lợi, có tính khả thi để xây dựng nhà máy sản xuất enzyme papain tại khu công nghiệp Hoà Cầm của thành phố Đà Nẵng. SVTH: Nguyễn Thị Thân Trang 9 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: Th.s Đoàn Thị Hoài Nam CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN TÀI LIỆU 2.1. Tổng quan về cây đu đủ 2.1.1. Giới thiệu về cây đu đủ Tên khoa học: Carica papaya L., thuộc họ đu đủ - Caricac. Hình 2.1: Các loại hoa và trái của cây đu đủ Cây đu đủ còn được gọi thù đủ ở Huế, phiên mộc, cà lào, phiên qua, phan qua thụ, lô hong phlê (Campuchia), mắc hung (Lào), má hống (Thái). Đu đủ thường là cây đồng chu, nhưng đu đủ có thể xếp thành 3 loại trên phương diện giới tính: cây đực, cây lưỡng tính và cây cái. Vài cây đu đủ cũng có thể trổ cả ba loại hoa nói trên. Ngoài ra cũng có cây ra hoa không hẳn hoàn toàn đực, cái hay lưỡng tính mà lại pha lẫn nhiều ít đặc tính của ba loại hoa. Khuynh hướng thay đổi giới tính phần lớn do thời tiết gây ra tỉ như khô hạn và thay đổi nhiệt độ. [4.5.15] SVTH: Nguyễn Thị Thân Trang 10 [...]... đồ sau: Bảng 4.1: Biểu đồ nhập nguyên liệu Tháng 1 2 3 4 Nhựa đu đủ X X X X X: nhà máy có nhập nguyên liệu 5 X 6 X 7 X 8 X 9 X 10 X 11 X 12 X 4.1.2 Biểu đồ sản xuất của nhà máy Nhà máy hoạt động với một dây chuyền sản xuất chính: Dây chuyền sản xuất enzyme papain năng suất 48000 tấn nl/năm từ nguyên liệu là nhựa đu đủ Trong một năm nhà máy sản xuất 12 tháng, tháng 11 mua nguyên liệu ít, do đây thường... hoạt tính papain có trong nhựa Chú ý không nên trộn nhựa tươi với nhựa khô vì sẽ làm giảm chất lượng của nhựa 3.2.1 Cân định lượng Mục đích: Xác định đúng lượng nhựa đu đủ cần dùng Cách tiến hành: Nhựa đu đủ sẽ đựơc chuyển đến thùng cân để xác định khối lượng khi đưa vào sản xuất 3.2.2 Tạo phức Mục đích: trong thành phần nhựa đu đủ ngoài papain, chymopapain còn có một số enzyme, protein, chất nhựa, chất... 48000 tấn nl/năm = 480000 00 kg nl/năm Năng suất tính theo ngày: 1 năm làm 293 ngày Năng suất tính theo ca: 1 ngày làm 3 ca 4.2.2 Chọn số liệu ban đầu Trung bình một trái đu đủ cho được 12g mủ, từ 4kg mủ đu đủ tươi cho 1kg papain thô, hiệu suất thu hồi 84,49% [9] Khối lượng papain thô có trong 4kg mủ đu đủ: Nồng độ chất khô có trong nhựa đu đủ tươi (Xck): Độ ẩm của nguyên liệu: W0 = 100 – 30 = 70% Thành... đủ các thông số: ngày sản xuất, tên sản phẩm, công ty sản xuất, hạn sử dụng và hướng dẫn sử dụng Kết thúc quá trình bao gói sản phẩm được đưa đến kho bảo quản SVTH: Nguyễn Thị Thân Trang 27 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: Th.s Đoàn Thị Hoài Nam CHƯƠNG 4: TÍNH CÂN BẰNG VẬT CHẤT 4.1 Lập kế hoạch sản xuất 4.1.1 Bảng nhập nguyên liệu Trong một năm sản xuất, nguyên liệu chính là nhựa đu đủ được nhập về nhà máy theo... liên kết peptide ở giữa chuỗi polypeptide 2.2.2 Papain 2.2.2.1 Nguồn gốc Papain (EC 3.4.22.3) là cysteine protease được biết đến nhiều nhất và được phân lập lần đầu tiên vào năm 1879 từ nhựa trái đu đủ (Carica papaya) Đây cũng là enzyme đầu tiên được xác định cấu trúc tinh thể (Drenth et al., 1968; Kamphuis et al., 1894) Trong nhựa đu đủ ngoài enzyme papain còn có các loại protease khác như chymopapain,... có trong cây đu đủ [20] - Nhựa đu đủ có thể gây viêm da - Ở Trung Mỹ, trong dân gian, người ta sử dụng đu đủ để điều trị bệnh lỵ amip (Entamoeba histolytica)-một loại ký sinh trùng gây tiêu chảy dạng lỵ và biến chứng áp-xe gan - Ở Samoa, người dân dùng phần dưới vỏ thân cây đu đủ để chữa chứng nhức răng - Nhựa đu đủ có chứa papain, là một trong hai loại men tiêu hủy protein (proteolytic enzyme) có tác... Biểu đồ kế hoạch sản xuất Tháng Nhựa đu đủ Ngày 1 25 2 20 3 27 4 24 5 25 6 26 7 27 8 27 9 25 10 27 11 13 12 27 Ca 75 60 81 72 75 78 81 81 75 81 39 81 Tổng số ngày làm việc trong năm: 293 ngày SVTH: Nguyễn Thị Thân Trang 28 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: Th.s Đoàn Thị Hoài Nam Tổng số ca làm việc trong năm: 879 ca 4.2 Số liệu ban đầu 4.2.1 Năng suất của nhà máy Năng suất tính theo năm: 48000 tấn nl/năm = 480000 00... papain có khả năng phân hủy hầu hết các liên kết peptide trừ các liên kết với proline và các glutamic acid có nhóm carboxy tự do Khả năng thủy phân cơ chất của papain còn tùy thuộc vào trạng thái của cơ chất, tức là cơ chất có biến tính hay không, nếu cơ chất bị biến tính thì papain có khả năng thủy phân sâu hơn, giống các protease serine khác như chymotrypsin hay trypsin, papain có khả năng xúc tác... 3.2.5 Kết tủa enzyme bằng (NH4)2SO4 Mục đích: Muối nồng độ cao có tác dụng với phân tử nước bao quanh protein enzyme và làm chuyển hóa điện tích, làm thay đổi tính hòa tan của các enzyme Sử dụng muối (NH4)2SO4 nhằm phân dịch chiết enzyme ra làm hai phần: phần kết tủa chứa papain và peptidase A, B và phần dịch chứa chymopapain, thuận lợi cho quá trình ly tâm Tiến hành: Cho amoni sulfate vào dịch enzyme. .. tủa Sau quá trình ly tâm lần 2, ta thu được tủa có chứa enzyme papain, peptidase A, peptidase B, phần dịch loại bỏ có chứa enzyme chymopapain, muối amoni sulfate, và một phần enzyme papain Dịch bỏ sau ly tâm sẽ được đưa vào hệ thống xử lý nước thải của nhà máy hoặc ta có thể thu lại và bán cho nhà máy sản xuất enzyme chymopapain vì hàm lượng chymopapain trong dịch bỏ lớn SVTH: Nguyễn Thị Thân Trang 24 . tinh sạch và ở trạng thái tinh thể thì papain có độ bền nhiệt thấp hơn papain ở trong nhựa, do trong nhựa còn chứa các protein khác có tác dụng bảo vệ papain. Papain trong dung dịch NaCl giữ ở 4 0 C. phẩm enzyme papain là cần thiết. Việc lựa chọn vị trí xây dựng nhà máy sản xuất enzyme papain có ảnh hưởng rất lớn đến sự tồn tại của nhà máy vì vậy khi xây dựng nhà máy sản xuất enzyme papain cần. người ta tiêm papain vào gan trước khi chiết xuất, làm cho thành phẩm giàu Vitamin A và D hơn. Khoảng 1,500 quả đu đủ xanh cỡ vừa cho được khoảng 650g papain. 2.2. Tổng quan về enzyme papain 2.2.1.