kỹ thuật sản xuất giấy từ sinh khối acetobacter xylinum

KỸ THUẬT SẢN XUẤẤT GIẤẤY TỪ SINH KHỐẤI ACETOBACTER XYLINUM HỌC VIÊN THỰC HIỆN: 1/ TRẦN THỊ LINH GIANG 12310727 2/ HUỲNH DƯƠNG THẢO NGUYÊN 12310740 3/ NGUYỄN TẤN ĐỨC 12310726 MÔN: KỸ THUẬT THU NHẬN SINH KHỐI VSV NGÀY BÁO CÁO: T7 09/03/2013 – P.203 B2 Ý NGHĨA ĐỀ TÀI  Giấy là mặt hàng thiết yếu của mọi người: bao bì giấy, giấy in, giấy vẽ, giấy dán tường  Hiện nay, nguồn sản xuất giấy thơng thường là cây gỗ, mùn cưa, dăm bào, sợi bơng, cỏ khơ, gai, đay, bã mía  Cần khoảng 2,2 - 4,4 tấn gỗ để sản xuất một tấn bột giấy  Năm 2012, Mỹ đứng đầu với sản lượng 50 triệu tấn, Trung Quốc ở vị trí thứ hai với 20 triệu tấn  Nhu cầu sử dụng giấy ngày càng cao nhưng nguồn cung cấp bột giấy lại đang bị khan hiếm nghiêm trọng + Trong tình hình như vậy, một số chiến lược đã được đặt ra: 1/ Quy hoạch những vùng trồng cây ngun liệu giấy nhiều hơn, tạo ra giống cây phát triển nhanh 2/ Tìm một cách thức khác để sản xuất giấy, trong đó sản xuất từ sinh khối vi khuẩn Acetobacter xylinum được chú ý  phát triển VÀI NÉT VỀ GIẤY Giấy là một loại vật liệu được làm từ cellulose thực vật.  Các tiêu chuẩn đánh giá chất lượng giấy: Độ trắng, định lượng giấy, tỷ trọng, độ đục, độ bền bề mặt, độ bền kéo, độ ẩm,  độ hút nước, độ nhám và độ tro Trong đó độ bền lý của giấy thường được biểu thị qua các chỉ số cơ bản sau: 1/ Độ chịu kéo 2/ Độ chịu gấp 3/ Độ chịu bục 4/ Độ chịu xé 5/ Độ chịu giãn Các thí nghiệm kiểm tra chất lượng giấy CHẤT LƯỢNG GIẤY IN Tính chất 1. Định lượng, g/m   Mức 70-100  2. Tỷ trọng, g/cm , không nhỏ hơn  0,75  3. Độ bền kéo, m, không nhỏ hơn  2500  4. Độ hút nước, g/m   20-30  5. Độ bền bề mặt, không nhỏ hơn  14  6. Độ trắng ISO, %, không nhỏ hơn  88  7. Độ đục, %, không nhỏ hơn  85  8. Độ nhám, ml/phút, không lớn hơn  220  9. Độ tro, %, khơng nhỏ hơn  15  10. Độ ẩm, %  6,0±1,0  Giấy in phải có chất lượng đảm bảo QUY TRÌNH SẢN XUẤT GIẤY HẠN CHẾ CƠNG NGHỆ Ngun liệu: GỖ  khan hiếm Khắc phục: + Tái chế giấy: sử dụng giấy phế liệu làm bột giấy tuy nhiên sản  phẩm có độ bụi cao, chất lượng kém + Trồng rừng: thời gian lâu, diện tích lớn, rủi ro nhiều nhưng là  một hướng phát triển bền vững + Tiết kiệm giấy: chuyển sang sử dụng máy tính bảng, máy đọc  sách, email, file word  Diện tích rừng suy giảm nhanh chóng phần phá rừng để làm giấy HẠN CHẾ CƠNG NGHỆ Chất thải: + Nấu bột giấy thải ra các hợp chất dạng lỏng chứa S, khí SO2, H2S,  mercaptan  + 1 tấn bột giấy cần 100kg các hợp chất chứa Cl + 100 - 350 m  nước/tấn giấy  cạn nguồn nước ngọt, ơ nhiễm mơi  trường Khắc phục: + Thay thế Cl bằng hydroperoxide.  + Cơng nghệ organocell khơng sử dụng lưu huỳnh, giảm lượng nước sử  dụng cịn 7 – 15 m  nước/tấn giấy Nguồn nước thiếu hụt nghiêm trọng nhiều nơi giới SO SÁNH CÔNG NGHỆ Giấy từ gỗ Nước thải Gỗ Nước Hóa Năng chất lượng Giấy từ vi khuẩn Nước thải Vi Nước thải thực Vi sinh Hóa Năng khuẩn vật phẩm chất lượng VI KHUẨN ACETOBACTER XYLINUM Giới: Bacteria Ngành: Proteobacteria Lớp: Alphaproteobacteria Bộ: Rhodospirillales Họ: Acetobacteraceae Giống: Acetobacter xylinum Trực khuẩn, Gram âm + Phát triển tốt trên mơi trường nước dừa già, pH 4,5 tạo màng BC sau 7  ngày ở nhiệt độ phịng + Trọng lượng ướt khoảng 700 g/L/800 cm2 diện tích bề mặt. Khi sấy  khơ cịn khoảng 7 g. Độ hút nước 99% SO SÁNH SẢN PHẨM Bacterial cellulose Plant cellulose 100% hemicellulose 38-50% cellulose, 23-32% hemicellulose, 15-25% lignin + Cấu trúc mạng tinh thể mịn, kích thước sợi nhỏ hơn 1000 lần so với sợi cellulose thực vật + Kích thước ổn định, sức căng và độ bền sinh học cao. Có thể sản xuất ra giấy có độ xốp và độ dày lớn + Khả năng giữ nước mạnh và hấp thụ nước cực tốt. Có độ tinh sạch cao + Bền cơ tốt nên khó để xé, chịu nhiệt tốt: tinh thể BC có độ bền cao, ứng suất dài lớn, trọng lượng nhẹ. Dễ phân huỷ sinh học XU HƯỚNG NGHIÊN CỨU Các tác giả trên thế giới đang tập trung nghiên cứu sản xuất giấy từ sinh khối Acetobacter xylinum vì những lý do sau: • Mặt lợi về  kinh tế: lên men trên nguồn ngun liệu rẻ tiền • Mặt lợi về cơng nghệ: cơng nghệ sản xuất rút ngắn nhiều cơng đoạn so với cơng nghệ sản xuất giấy hiện tại • Mặt lợi về chất lượng: chất lượng giấy vi sinh vật tốt hơn ở một vài tiêu chí như độ bền kéo (gấp đơi so với giấy từ  thực vật), độ xốp, độ dày, độ hút nước… • Mặt lợi về sinh thái: chất thải của quá trình sản xuất giấy vi sinh vật sẽ dễ xử lý hơn so với giấy từ bột gỗ.  XU HƯỚNG NGHIÊN CỨU Quốc gia Ai Cập Kết Tác giả Khảo sát sự hình thành sinh khối vi khuẩn Acetobacter xylinum trên Kombucha Mushroom Tea  ở  Soheir S. Abd El-Salam  nhiệt độ, diện tích lên men, thành phần mơi trường khác nhau.  (2012) Kombucha is an effervescent fermentation of sweetened tea that is used as a functional food. Sometimes referred to as a "mushroom" or "mother", the  kombucha culture is actually a symbiotic colony of bacteria and yeast. (Wikipedia) Màng BC lên men môi trường nước trà Kombucha XU HƯỚNG NGHIÊN CỨU Quốc gia Trung Quốc Ai Cập Kết Tác giả Khảo sát khả năng lên men vi khuẩn Acetobacter xylinum từ nước thải nhà máy dệt nhuộm Feng Hong và cs (2011) Bổ sung bột cao lanh trong quá trình tạo màng BC ứng dụng sản xuất giấy A.H. Basta và cs (2009) Cấu trúc vi thể màng BC có trộn bột cao lanh Độ bền kéo XU HƯỚNG NGHIÊN CỨU Quốc gia Thái Lan Hà Lan Kết Tác giả Đánh giá khả năng lên men trên nước ép bã dữa của các chủng vi khuẩn Acetobacter xylinum khác  Sasithorn Kongrugang  (2009) Khảo sát tính chất màng BC từ vi khuẩn Acetobacter xylinum để ứng dụng vào sản xuất giấy. Tìm ra  Barbara Surma-Slusarska  thời gian, nhiệt độ, thành phần mơi trường lên men tối ưu và cs (2007) Cấu trúc vi thể màng BC qua cấp độ phóng đại XU HƯỚNG NGHIÊN CỨU Các hạn chế hiện tại đang được nghiên cứu khắc phục: • Dùng rỉ đường để lên men thì màng BC sẽ bị đen, xử lý màu như thế nào? • Vi khuẩn khơng phát triển đồng đều trên diện tích lên men bề mặt lớn, chất lượng màng BC khơng ổn định • Làm sạch màng BC tốn rất nhiều nước. Xử lý dịch thải ra từ q trình lên men • Tốn năng lượng để sấy loại ẩm (99% là nước), khảo sát chế độ sấy để đạt chất lượng giấy theo u cầu • Giống vi sinh chưa có năng suất lên men tạo màng cao, khơng tận dụng triệt để mơi trường lên men SẢN XUẤT GIẤY TỪ MÀNG BC Thơng số: pH Brix 3% Tỷ lệ cấy giống 10% ngày Nhiệt độ phòng SẢN XUẤT GIẤY TỪ MÀNG BC Màng BC sau lên men xử lý với chất tẩy màu, trung hịa acid, rửa nước theo quy trình đem sấy Chất lượng màng BC đem làm giấy phụ thuộc lớn vào công đoạn xử lý sau lên men SẢN XUẤT GIẤY TỪ MÀNG BC Nước dừa già Mật rỉ o Màng BC sau sấy 110 C giờ, sấy đến khối lượng không đổi Nước chua đậu nành Nước ép bã dứa MỞ RỘNG HƯỚNG ÁP DỤNG Màng BC (111 cm x 45 cm) Chuyển gen tổng hợp màng BC sang E coli Màng BC dùng loại vải để may áo MỞ RỘNG HƯỚNG ÁP DỤNG Tạo vật liệu có từ tính lực hút nước giá thể BC (R T Olsson, 2011), Nature Letters Nước hút lên cách có định hướng từ nam châm-BC XIN CHÂN THÀNH CẢM ƠN ... 1/ Quy hoạch những vùng trồng cây ngun liệu? ?giấy? ?nhiều hơn, tạo ra giống cây phát triển nhanh 2/ Tìm một cách thức khác để? ?sản? ?xuất? ?giấy,  trong đó? ?sản? ?xuất? ?từ? ?sinh? ?khối? ?vi khuẩn? ?Acetobacter xylinum được chú ý  phát triển VÀI NÉT VỀ GIẤY... Mặt lợi về? ?sinh? ?thái: chất thải của q trình? ?sản? ?xuất? ?giấy? ?vi? ?sinh? ?vật sẽ dễ xử lý hơn so với? ?giấy? ?từ? ?bột gỗ.  XU HƯỚNG NGHIÊN CỨU Quốc gia Ai Cập Kết Tác giả Khảo sát sự hình thành? ?sinh? ?khối? ?vi khuẩn? ?Acetobacter. .. Mặt lợi về cơng nghệ: cơng nghệ? ?sản? ?xuất? ?rút ngắn nhiều cơng đoạn so với cơng nghệ? ?sản? ?xuất? ?giấy? ?hiện tại • Mặt lợi về chất lượng: chất lượng? ?giấy? ?vi? ?sinh? ?vật tốt hơn ở một vài tiêu chí như độ bền kéo (gấp đơi so với? ?giấy? ?từ? ?