Đồ án thiết kế nhà máy sản xuất dược phẩm

Như ta đã biết, hiện nay nước ta phải nhập khẩu một sốlượng lớn các chất kháng sinh, trong đó có kháng sinh penicillin với giá thành khá cao.Một điều đáng chú ý hiện nay là hiện tượng kh

MỞ ĐẦU

Các kháng sinh là một nhóm thuốc thiết yếu trong y học hiện đại Nhờ cácthuốc kháng sinh mà y học đã có thể loại bỏ được các dịch bệnh nguy hiểm nhưdịch hạch, tả, thương hàn và điều trị hiệu quả nhiều loại bệnh gây ra bởi các vikhuẩn Đối với các nước nghèo, các thuốc kháng sinh lại giữ một vị trí rất quantrọng vì ở các nước này do điều kiện vệ sinh yếu kém và mức sống còn thấp nênthường xẩy ra các vụ dịch ỉa chảy, kiết lỵ, nhiễm khuẩn hô hấp

Hiện nay trên thế giới người ta đã phát hiện trên 8000 chất kháng sinh và mỗinăm có khoảng vài trăm chất kháng sinh mới được phát hiện Trong tương lai chắcchắn còn có nhiều chất kháng sinh khác nữa cũng sẽ được tìm ra vì đa số các vi sinhvật có khả năng tạo thành chất kháng sinh đã được nghiên cứu cho tới nay đều chỉ

thuộc về các chi Streptomyces và Bacillus.

Kể từ khi Penicillin được Alexander Fleming phát hiện (1929), và được chứngminh có tác dụng chữa bệnh (1941), trong hơn nữa thế kỷ qua, kháng sinh đã trởthành một dược phẩm thần kỳ sớm chiếm vị trí hàng đầu trong lĩnh vực thuốc menthế giới, với những kết quả ngày càng mới lạ, với nhu cầu ngày càng tăng và vớilượng sản xuất ngày càng lớn Hơn thế nữa, cạnh bên chất Penicillin đầu đàn, cóthêm nhiều loại kháng sinh được chiết xuất từ nấm, và những loại kháng sinh tổnghợp với danh mục ngày càng dài làm cho kho tàng kháng sinh thêm phong phú.Xuất phát từ thực tế đó, em đã thực hiện đề tài “Thiết kế nhà máy sản xuấtkháng sinh Penicillin G dạng viên nén từ tinh bột ngô với năng suất 1 tấnpenicillin/ngày” nhằm giúp cho chúng ta có thể tìm hiểu về quy trình sản xuấtpenicillin trong giai đoạn hiện nay Mặt khác chúng ta có thể cùng trao đổi để tìm rađược những ưu, khuyết điểm của quy trình sản xuất này với hi vọng trong tương laiViệt Nam sẽ có một nhà máy sản xuất penicillin với quy mô công nghiệp

CHƯƠNG 1: LẬP LUẬN KINH TẾ KỸ THUẬT 1.1. Sự cần thiết phải xây dựng nhà máy sản xuất kháng sinh Penicillin

Nhu cầu của con người ngày càng tăng cao thì những mối quan tâm về sức khỏecũng được đặt lên hàng đầu Như ta đã biết, hiện nay nước ta phải nhập khẩu một sốlượng lớn các chất kháng sinh, trong đó có kháng sinh penicillin với giá thành khá cao.Một điều đáng chú ý hiện nay là hiện tượng kháng thuốc của các vi sinh vật gây bệnhngày càng tăng lên, nên chúng ta phải tìm ra những loại kháng sinh mới hay nhữngnhóm kháng sinh khác để chữa bệnh cho con người Đồng thời, qua đó tạo tiền đềnghiên cứu của các nhà khoa học về những loại kháng sinh khác hiệu lực cao hơn Vìvậy công nghệ sản xuất kháng sinh luôn hứa hẹn mở ra những tiềm năng mới Việc xâydựng một nhà máy sản xuất kháng sinh penicillin không chỉ đáp ứng nhu cầu về nguồnkháng sinh mà còn góp phần giải quyết công ăn việc làm, mang lại lợi nhuận đáng kểcho nhà đầu tư

Nhà máy được xây dựng phải đảm bảo các yêu cầu sau: [5]

+ Vị trí đặt nhà máy: gần nguồn nguyên liệu và thị trường tiêu thụ sản phẩm

+ Giao thông vận tải thuận lợi

+ Cung cấp nguyên liệu và nhiên liệu dễ dàng

+ Cấp thoát nước thuận lợi

+ Nguồn nhân lực dồi dào

1.3. Nguồn cung cấp nguyên liệu

Nguyên liệu chính để sản xuất kháng sinh penicillin là tinh bột, rỉ đường, nướcchiết ngô, ngoài ra còn có chất hóa học khác Nguồn ngyên liệu có trong nước như tinhbột ngô, tinh bột sắn… Đó là sản phẩm nông nghiệp chủ yếu ở nước ta hiện nay

1.4. Giao thông vận tải

Khu công nghiệp Hòa Khánh nằm gần quốc lộ 1A, đầu mối giao thông quantrọng của đất nước Thành phố Đà Nẵng có cảng Tiên Sa, có sân bay quốc tế, đó cũng

là những điều kiện giao thông hết sức thuận lợi cho nhà máy đi vào hoạt động hiệu quả

Nhà máy sử dụng mạng lưới điện cùng với mạng điện của khu công nghiệp với

điện áp 220/380V Để đề phòng mất điện, nhà máy sử dụng máy phát điện dự phòng.

Dầu cung cấp cho nhà máy được vận chuyển bằng đường bộ hoặc đường thủy

1.7. Nguồn nhân lực

Nhà máy xây dựng tại thành phố Đà Nẵng có dân cư đông đúc, có khả năng thuhút nguồn nhân công đông đảo từ các tỉnh miền Trung Do được xây dựng tại khu vựctập trung nhiều trường đại học, cao đẳng, nhà máy có cơ hội thu hút nguồn cán bộ trẻnăng động

1.8. Sự hợp tác hóa

Khu công nghiệp Hoà Khánh tập trung nhiều nhà máy thuộc nhiều lĩnh vực khácnhau Nhà máy sản xuất kháng sinh tại đây sẽ liên kết với các nhà máy khác nhằmgiảm được chi phí đầu tư, điện nước và dễ dàng kiểm soát ô nhiễm…

1.9 Thiết bị

Nhà máy sẽ nhập các thiết bị chính từ nước ngoài về, còn những chi tiết đơn giản có thể gia công trong nước

CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN TÀI LIỆU

2.1. Tổng quan về kháng sinh Penicillin

2.1.1. Lịch sử phát triển của kháng sinh Penicillin

Chất kháng sinh penicillin được phát hiện tình cờ vào năm 1928: trong khi làm

vệ sinh phòng thí nghiệm của mình, Alexander Fleming đã chú ý đến một hộp petri

nuôi Staphylococcus bị nhiễm nấm mốc Penicillium notatum có xuất hiện hiện

tượng vòng vi khuẩn bị tan xung quanh khuẩn lạc nấm Khi ông cấy nấm mốc trênthử nghiệm lại trên một số vi khuẩn gây bệnh khác thì vẫn thấy hiện tượng tương tựxảy ra Từ đó ông kết luận là nấm mốc đã tiết ra môi trường một chất nhất định làmtan vi khuẩn và ông đã sử dụng ngay giống nấm penicillin để đặt tên cho kháng sinhnày (1929) Công trình khoa học của Fleming ngay lập tức thu hút sự quan tâm chú

ý của nhiều nhà khoa học trên thế giới Gần như đồng thời, nhiều phòng thí nghiệm

ở các nước đều triển khai nghiên cứu thu nhận penicillin và chỉ sau khoảng thờigian ngắn các nhà khoa học Mỹ đã triển khai lên men thành công penicillin bằngphương pháp lên men bề mặt (1931) Tuy nhiên cũng trong khoảng thời gian đó mọi

nổ lực nhằm tách và tinh chế penicillin từ dịch lên men đều thất bại do không bảo

vệ được hoạt tính kháng sinh của chế phẩm tinh chế, do đó vấn đề penicillin tạmthời bị lãng quên [1]

Năm 1938 ở Oxford, khi tìm lại các tài liệu đã được công bố Ernst BorisChain lại để tâm đến phát minh của Fleming và ông đã đề nghị Howara walterFlorey cho tiếp tục triển khai nghiên cứu này Chỉ sau hai năm, phòng thí nghiệmcủa ông đã tinh chế được một lượng lớn penicillin, đủ để thí nghiệm trên các loạiđộng vật thí nghiệm và kết quả điều trị thử nghiệm đã cho kết quả mỹ mãn: ngày25/5/1940 penicillin đã được thử nghiệm rất thành công trên chuột [1]

Một thời gian ngắn sau đó, trong nỗ lực cuối cùng nhằm cứu sống các thươngbinh bị nhiễm khuẩn rất nặng và đang ở trong tình trạng không còn cơ may sốngsót, lần đầu tiên kể từ khi phát hiện, penicillin đã được chỉ định điều trị cho người,

và cũng thật bất ngờ, kết quả điều trị này đã thành công ngoài cả sự trông đợi: chỉduy nhất một thương binh bị tử vong do lượng thuốc tại chỗ không còn đủ liều yêucầu để điều trị cho thương binh đó (1941) [1]

Nhóm nghiên cứu của Chain đã báo cáo lên chính phủ Hoàng gia Anh, nhưng

do chính phủ đang tập trung mọi nổ lực cho chiến tranh nên đã không tài trợ cho dự

án Vì vậy, đề xuất trên được chuyển sang triển khai tiếp ở Peoria (Illionis Mỹ).Nhận thức được ý nghĩa to lớn của nghiên cứu này, chính quyền bang Illinois và cảchính quyền liên bang đã xếp chương trình penicillin vào loại đặc biệt ưu tiên vàchính phủ trực tiếp đứng ra tổ chức triển khai Nhờ vậy, chỉ sau một thời gian ngắnngười ta đã triển khai thành công công nghệ lên men chìm sản xuất penicillin

(1942); đã tuyển chọn được chủng công nghiệp Penicillium chrysogenum NRRL

1951 (1943) và sau đó đã tạo được biến chủng Penicillium chrysogenum Wis Q-176

(chủng này được xem là chủng gốc của hầu hết các chủng công nghiệp đang sửdụng hiện nay trên toàn thế giới); đã thành công trong việc điều chỉnh đường hướngquá trình lên men để lên men sản xuất penicillin G [1]

2.1.2. Định nghĩa kháng sinh

Chất kháng sinh được hiểu là các chất hoá học xác định, không có bản chấtenzyme, có nguồn gốc sinh học (trong đó phổ biến nhất là từ vi sinh vật), với đặctính là ngay ở nồng độ thấp (hoặc rất thấp) đã có khả năng ức chế mạnh mẽ hoặctiêu diệt được các vi sinh vật gây bệnh mà vẫn đảm bảo an toàn cho người hay độngvật được điều trị [2]

2.1.3. Phân loại kháng sinh Penicillin

Penicillin gồm nhiều loại chúng có cấu tạo gần giống nhau, bao gồm một vòngthiazoldine, một vòng beta-lactam và chỉ khác nhau ở gốc R của mạch ngang.[2]

Hình 2.1: Công thức cấu tạo của Penicillin

Được phân loại theo cấu trúc hóa học như sau: [27]

- Benzylpencillin: Penicillin G, Procaine - Penicillin, benzathine - Penicillin

- Phenoxypenicillin: Penicillin V (uống)

- Penicillin kháng penicillinase (chống tụ cầu): Oxacillin, Cloxacillin,

methicillin, dicloxacillin, nafcillin

- Aminopenicillin: Có thể tác dụng với một số trực khuẩn Gram âm: ampicillin, amoxicillin, metampenicillin

- Carboxypenicillin: Tác dụng tốt trực khuẩn mủ xanh: Carbenicillin, ticarcillin

- Ureidopenicillin: Azlocillin, mezlocillin, piperacillin

- Loại ức chế enzym beta - lactamase: Acide clavulanic, sulbactam

- Carbapenem: Imipenem

Penicillin được xem là loại kháng sinh phổ rộng, được ứng dụng rộng rãi trongđiều trị và được sản xuất ra với lượng lớn nhất trong số các chất kháng sinh đã biếthiện nay

Penicillin tác dụng lên hầu hết các vi khuẩn Gram dương và thường được chỉđịnh điều trị trong các trường hợp viêm nhiễm do liên cầu khuẩn, tụ cầu khuẩn, thí

dụ như viêm màng não, viêm tai-mũi-họng, viêm phế quản, viêm phổi, lậu cầu,nhiễm trùng máu Thời gian đầu penicillin được ứng dụng điều trị rất hiệu quả.Tuy nhiên, chỉ vài năm sau đã xuất hiện các trường hợp kháng thuốc và hiện tượngnày ngày càng phổ biến hơn

Giống như nhiều loại kháng sinh khác, penicillin tác dụng vào quá trình xâydựng thành tế bào của vi khuẩn Sinh tổng hợp thành tế bào là một trong những yếu

tố quan trọng cho sự sinh trưởng và phát triển của vi khuẩn

Tế bào vi khuẩn được bao quanh bởi một vách tế bào có cấu tạo chủ yếu là lớppeptidoglycan Các vách tế bào này là rất quan trọng cho sự tồn tại của vi khuẩn Nóbảo vệ tế bào vi khuẩn khỏi môi trường bên ngòai và thấm các thành phần dinhdưỡng một cách lựa chọn Do đó ức chế con đường sinh tổng hợp các lớppeptidoglycan của vi khuẩn sẽ gây ra hiện tượng dung giải tế bào

Lớp peptidoglycan bao gồm các chuỗi polysaccharide có sẵn xen kẽ cáccarbohydrates N-acetyl glycosamine (GlcNAc) và N-acetyl muramic acid(MurNAc) Các chuỗi polysaccharide song song với nhau, và được nối lại với nhaunhờ vào các cầu nối ngang peptide có chứa chuỗi gồm 5 acid amin L-Alanine-D-

glutamic acid-L-Lysine-D-Alanine-D-Alanine ở hai đầu Liên kết hình thành giữaMurNAc trên polysaccharide và các acid amin trên chuỗi peptide đã tạo thành mộtcấu trúc như một mạng lưới.

Peptidoglycan vi khuẩn được tổng hợp nhờ vào một lọat các thành phần có ởbên trong và bên ngoài của màng tế bào Enzyme transpeptidase, thực hiện việc tạocác liên kết ngang peptide ở giữa các chuỗi polysaccharide, được vi khuẩn tổng hợp

và vận chuyển ra ngoài màng tế bào Penicillin ảnh hưởng đến họat động củaenzyme transpeptidase [1]

2.2. Chủng vi sinh vật Penicillium chrysogenum

2.2.1. Lịch sử tuyển chọn chủng công nghiệp P chrysogenum

Vào những năm đầu, việc nghiên cứu sản xuất penicillin thường sử dụng các

chủng có hoạt lực cao thuộc loài P notatum và P baculatum Nhưng từ khi trường đại học Wisconsin (Mỹ) phân lập được chủng P chysogenum có hoạt tính cao hơn

thì chủng này dần dần đã thay thế và từ khoảng sau những năm 50 của thế kỷ XXđến nay tất cả các công ty sản xuất penicillin trên thế giới điều sử dụng các biến

chủng P chysogenum công nghiệp [2]

Việc tuyển chọn chủng công nghiệp để lên men sản xuất penicillin trênnguyên tắc cũng trải qua sáu giai đoạn cơ bản là:

- Phân lập từ thiên nhiên

- Nghiên cứu xử lý tạo các biến chủng “ Siêu tổng hợp” có hoạt lực cao

- Tuyển chọn sơ bộ

- Tuyển chọn lại thu các chủng có hoạt tính cao quy mô phòng thí nghiệm

- Thử nghiệm và tuyển chọn lại trên quy mô sản xuất thử nghiệm pilot

- Thử nghiệp và chọn lọc lại các chủng phù hợp với điều kiện lên men sản xuấtlớn công nghiệp

Trong đó giải pháp kỹ thuật đã được áp dụng hiệu quả để thu nhận biến chủng

“ Siêu tổng hợp” penicillin lại chính là các kỹ thuật gây đột biến thường như: Xử lýtia Rơn – ghen, xử lý tia cực tím và tạo đột biến bằng hóa chất, ví dụ như Metylbis– amin (metyl – 2 – β – clo – etylamin), N – mustar (tris – β – clo – etylamin),Sarcrolyzin, HNO2, Dimetylsulfat, 1, 2, 3, 4 – diepoxybutan [1]

2.2.2. Phân loại khoa học

Giới: Fungi

Hình 2.2: Penicillium chrysogenum

2.2.3. Đặc điểm hình thái và cấu trúc hệ sợi nấm

Trong quá trình lên men, do nhiều nguyên nhân khác nhau như: do tạo bào tử,

do tự phân xảy ra trên hệ sợi, do sự phân hủy thành tế bào, do sự đứt gãy cơ học khikích thước sợi quá dài… Số lượng khóm sợi nấm bao giờ cũng có xu hướng tănglên, ngay cả trong quá trình lên men tĩnh Trong điều kiện lên men có sục khí vàkhuấy trộn, do tác dụng va đập cơ học với cánh khuấy và các chuyển động dòngxoáy trong môi trường, một mặt sự đứt gãy hệ sợi nấm xảy ra nhiều hơn và hệ sợinấm bao giờ cũng có xu hướng vón cuộn lại thành cấu trúc búi sợi cuộn xoắn, đượcgọi là các pellet Trên phương diện cấu trúc pellet người ta thường phân chia chúngthành ba dạng là:

- Pellet xốp: là dạng pellet có phần bên trong hệ sợi cuộn thành khối chắc vàmịn, lớp sợi phía bên ngoài cuộn lỏng lẻo tạo thành cấu trúc xốp hơn

- Pellet chắc và mịn: có đặc điểm là phần sợi phía bên trong pellet cuộn tươngđối chặc chẽ ra đến gần sát lớp sợi phía ngoài, lớp sợi phía ngoài cùng cũngcuộn đủ chăc thành lớp sợi mịn

- Pellet rỗng: là dạng pellet mà phần sợi bên trong bị tự phân tạo thành khoảngrỗng, hệ sợi phía bên ngoài cuộn rất chặt thành lớp sợi mịn và chắc chắn.Hiệu quả chung của quá trình lên men có quan hệ hữu cơ với số lượng , kíchthước và cấu trúc pellet nấm Trong thực tiễn sản xuất công nghiệp, người ta thườngđiều chỉnh các thông số công nghệ theo hướng ưu tiên tạo ra dạng pellet đủ nhỏ vàmịn, hạn chế tạo pellet xốp và ngăn ngừa hình thành các pellet rỗng Điều kiện côngnghệ tương ứng với mục tiêu trên thường áp dụng là: tỉ lệ cây giống 10%, với mật

độ dịch giống (2 – 10).1011 bào tử trên m3; phối hợp điều chỉnh giữa sục khí và

khuấy trộn để đảm bảo cung cấp oxy hòa tan dư so với nhu cầu tương ứng với thờiđiểm lên men, và để tạo ra pellet mịn và nhỏ (kích thước pellet thích hợp nhấtkhoảng 0,2 – 0,5 mm), trong điều kiện đã cân đối với nhu cầu tiết kiệm mức tiêu tốnnăng lượng do khuấy trộn [1]

2.2.4. Đặc điểm sinh lý, sinh hóa

Quá trình sinh tổng hợp penicillin ở nấm mốc P chrysogenum có thể tóm tắt như sau: từ ba tiền chất ban đầu là α – aminoadipic, cystein và valin sẽ ngưng tụ lại thành tripeptit δ – (α – aminoadipyl) – cysteinyl – valin; tiếp theo là quá trình khép

mạch tạo vòng β – lactam và vòng thiazolidin để tạo thành izopenicillin – N; rồi

trao đổi nhóm α – aminoadipyl với phenylacetic (hay phenooxyacetic) tạo thành sản

phẩm penicillin G hay Penicillin V [2]

Hình 2.3: Sơ đồ cơ chế sinh tổng hợp penicillin từ axit L – α – aminoadipic,

L – cystein và L – valin 2.2.5. Các yếu tố ảnh hưởng đến sinh tổng hợp kháng sinh penicillin

- Nhiệt độ: Thông số có ảnh hưởng lớn đến sự phát triển của nấm mốc, khảnăng sinh tổng hợp và năng lực tích tụ penicillin của chúng Nhìn chung nấmmốc phát triển thuận lợi hơn ở dải nhiệt độ khoảng 30 oC Tuy nhiên, ở dảinhiệt độ này tốc độ phân hủy penicillin củng xảy ra mạnh mẽ Trong thực tế, ởgiai đoạn nhân giống sản xuất người ta thường nhân ở dải nhiệt dộ 30oC, sanggiai đoạn lên men thường áp dụng một trong hai chế độ nhiệt là:

+ Lên men ở một dải nhiệt độ: Thường duy trì nhiệt độ trong suốt quá trìnhlên men ở dải nhiệt độ 25 – 27 oC

+ Lên men ở hai chế độ nhiệt độ: Giai đoạn lên men bắt đầu tiến hành ở

30oC cho đến khi hệ sợi phát triển đạt yêu cầu về hàm lượng sinh khối thìđiều chỉnh nhiệt độ sang chế độ lên men penicillin ở dải nhiệt độ 22 –

25oC ( có công nghệ điều chỉnh xuống 22 – 23 oC, giữ ở nhiệt độ này tiếphai ngày rồi chuyển sang lên men tiếp ở 25 oC cho đến khi kết thúc quátrình lên men)

- pH môi trường thuận lợi cho sự phát triển hệ sợi và cho quá trình sinh tổnghợp penicillin thường dao động trong khoảng pH= 6,8 – 7,4 Tuy nhiên ở điềukiện pH cao xu hướng phân hủy penicillin cũng tăng lên Vì vậy, trong sảnxuất pH môi trường thường được khống chế chặt chẽ ở giá trị lựa chọn trongkhoảng pH = 6,2 – 6,8

- Nồng độ oxy hòa tan và cường độ khuấy trộn dịch lên men: Với nhiều chủngnấm mốc, nồng độ oxy hòa tan thuận lợi cho quá trình sinh tổng hợp penicillindao động quanh mức 30% nồng độ oxy bão hòa

- Nồng độ CO2 trong dịch lên men ở mức nhất định cũng cần thiết cho quá trìnhnảy mầm của bào tử nấm mốc, tuy nhiên nếu nồng độ CO2 quá cao sẽ làm cảntrở quá trình hấp thu và chuyển hóa cơ chất của chủng, nghĩa là làm cản trởquá trình sinh tổng hợp penicillin [1]

Nguồn cơ chất chính: là lactoza có thể được thay thế từng phần hoặc toàn bộbằng các cơ chất khác như: Các loại đường hexoza, đường pentoza, disaccarit,dextrin hay thay thế bằng dầu thực vật Trong các cơ chất nêu trên, hiệu quả caohơn cả vẫn là glucoza Ngoài ra, khi sử dụng dầu thực vật làm chất phá bọt phải xétđến hiệu ứng nấm mốc sử dụng một phần dầu thực vật làm nguồn cung cấp thức ăncacbon, để tính toán điều chỉnh nồng độ glucoza trong môi trường lên men

Nguồn cung cấp thức ăn nito: Có thể sử dụng là bột đậu tương, bột hạt bong,các loại dầu cám Nhu cầu về thức ăn nito cũng có thể được áp ứng bằng cách cungcấp liên tục (NH4)2SO4, nhưng duy trì ở nồng độ thấp, khoảng 250 – 340g/l (nếu dưthừa hiệu quả sinh tổng hợp penicillin sẽ giảm, nếu thiếu sẽ xảy ra hiện tượng tựphân hệ sợi).

Hàm lượng các chất khoáng bổ sung: Được tính toán, phụ thuộc vào lượngdịch chiết ngô sử dụng

Nồng độ tiền chất tạo nhánh: Trong quá trình sinh tổng hợp penicillin, việc kếtgắn mạch nhánh của phân tử penicillin không mang tính đặc hiệu chặt chẽ Nhờvậy, nếu duy trì nồng độ tiền chất tạo nhánh cần thiết phenylacetat (hoặcphenooxyacetat) sẽ cho phép thu nhận chủ yếu một loại penicillin G trong dịch lênmen (hoặc penicillin V) Theo lý thuyết, nhu cầu về phenylacetat là 0,47g/gampenicillin G (hoặc phenooxyacetat là 0,50g/gam penicillin V) Cần chú ý cả hai cấu

tử trên thực chất điều gây độc cho nấm nên người ta thường lựa chọn giải pháp bổsung liên tục cấu tử này và khống chế chặt chẽ nồng độ theo yêu cầu, để không làmsuy giảm năng lực lên men của chủng sản xuất [1]

2.3. Nguyên liệu tinh bột ngô

“ Bảng 1.1 trong giáo trình tinh bột thực phẩm”

Dạng amilozơ do các α-glucozơ liên kết với nhau bằng liên kết α-1,4-glicozit(glucozit), nghĩa là nhóm –OH ở C số 1 của vòng α-glucozơ này kết hợp với nhóm–OH của C số 4 của vòng α-glucozơ kia và loại ra một phân tử H2O, và liên haivòng α-glucozơ bằng liên kết ete (-O-) Do đó dạng amylozơ của tinh bột có cấu tạomạch thẳng [4]

Hình 2.4: Cấu trúc mạch Amilozo

Dạng amylopectin cũng do các mắt xích α-glucozơ liên kết với nhau bằng liênkết α-1,4-glicozit và α-1,6-glicozit Do đó amylopectin có mạch Cacbon phânnhánh

Hình 2.5: Cấu trúc mạch Amilopectin

Nhận xét: Tinh bột ngô có hàm lượng amiloza khá cao so với các loại tinh bộtkhác, như vậy khi tạo sợi sẽ có độ dai và độ bền cao, nên tạo màng bao tốt, đồngthời có nhiệt độ hồ hóa cao

2.3.2. Yêu cầu nguyên liệu

Tinh bột ngô được mua ở “CTYCP chế biến tinh bột ngô THANH HÓA” Địa chỉ: “KCN LỄ MÔN X QUẢNG HƯNG, TP THANH HÓA”

Hình 2.6: Tinh bột ngô thành phẩm

Chỉ tiêu chất lượng của sản phẩm tinh bột ngô như sau:

Bảng 2.2 Bảng chỉ tiêu chất lượng của tinh bột ngô

Trạng thái, màu sắc Bột trắngProtein (% khối lượng) 0,33%

Độ tinh khiết 99,8%

Tro (% khối lượng) 0,14%

Chất béo (% khối lượng) 0,12%

2.3.3. Các phương pháp thủy phân tinh bột

Phương pháp thủy phân bằng axit: Trong sản xuất công nghiệp người tathường sử dụng dung dịch đường glucoza thủy phân từ tinh bột bằng axit hoặcenzim Có hai loại axit: HCl và H2SO4 Dùng HCl thời gian thủy phân ngắn nhưngkhông tách được gốc axit ra khỏi dung dịch Dùng H2SO4 thời gian thủy phân dài,nhưng có thể tách gốc SO42- ra khỏi dịch đường bằng cách dùng CaCO3 trung hòadịch thủy phân

Phương pháp thủy phân bằng enzyme: Hai loại enzyme được dùng nhiều choquá trình này là α-amilaza và γ-amilaza, α-amilaza có nhiệm vụ phá hủy các mốiliên kết α-1,4-glucozit của tinh bột tạo ra các sản phẩm có phân tử lượng lớn nhưdextrin bậc cao, dextrin bậc thấp, mantotrioza và cuối cùng là maltoza γ-amilaza cótác dụng thủy phân mối liên kết α-1,4 và α-1,6-glucozit bắt đầu từ đầu không khửtrên mạch amiloza và amilopectin và sản phẩm cuối cùng là glucoza Mỗi enzim có

pH và nhiệt độ thích hợp, pH và nhiệt độ tối ưu của mỗi loại enzyme phụ thuộc vàonguồn gốc của nó Trong công nghiệp người ta thường kết hợp α-amilaza bền nhiệtvới γ-amilaza của nấm mốc để thủy phân tinh bột thành glucoza [4]

CHƯƠNG 3: CHỌN VÀ THUYẾT MINH DÂY CHUYỀN CÔNG NGHỆ

3.1. Chọn phương pháp sản xuất

Được áp dụng nhiều trong thời kỳ những năm 40 – 60 của thế kỷ XX, hiện nayhầu như không còn được triển khai trong sản xuất lớn nữa Phương pháp lên men bềmặt gồm hai kỹ thuật là lên men trên nguyên liệu rắn (cám mỳ, cám ngô bổ sungđường lactoza) và lên men trên bề mặt môi trường lỏng tĩnh (phổ biết sử dụng môitrường cơ bản lactoza – nước chiết ngô) Trong điều kiện này do đường lactozađược nấm mốc đồng hóa chậm nên không xảy ra hiện tượng dư thừa đường trong tếbào; dịch chiết ngô cung cấp cho nấm mốc nguồn thức ăn nitơ, các chất khoáng vàchất sinh trưởng, trong đó phenylalanine khi bị thủy phân sẽ tạo thành phenylacetic

và sẽ đảm nhiệm vai trò cung cấp tiền chất tạo mạch nhánh cho phân tử penicillin.Khi lên men trong môi trường lỏng người ta áp dụng công nghệ bổ sung liên tụcphenylacetic vào môi trường lên men, hàm lượng bổ sung phụ thuộc nhiều vào pHmôi trường và tổng lượng bổ sung thường dao động trong khoảng (0.2 – 0.8) kgphenylacetic/m3 dịch lên men (trong điều kiện đó lượng penicillin G được tổng hợp

ra tăng rõ rệt và hàm lượng các penicillin khác cũng giảm đi) Để hạn chế quá trìnhoxy hóa tiến chất người ta thường bổ sung vào môi trường một lượng nhỏ axitacetic (hay các hợp chất hữu cơ không no có nối đôi ở vị trí β→γ) Trong kỹ thuậtlên men lỏng gián đoạn không điều chỉnh pH, thời kỳ đầu quá trình lên men pH môitrường thường tăng nhẹ, sau đó tương đối ổn định và vào cuối cùng quá trình lênmen thường trong khoảng pH = 6,8 – 7,4 Khi sử dụng cơ chất chính là lactoza,người ta đã xác định được penicillin chỉ được tổng hợp và tích tụ mạnh mẽ trongmôi trường khi nấm mốc đã chuyễn sang sử dụng đường này và khi lactoza có đấuhiệu cạn kiệt thì sợi nấm cũng bắt đầu bị tự phân Vì vậy người ta thường kết thúcquá trình lên men vào thời điểm sắp hết đường lactoza [2]

Được áp dụng trong hầu hết các cơ sở sản xuất penicillin công nghiệp hiện nay

và thường được vận hành theo phương pháp lên men bán liên tục, gồm phương ánlên men gián đoạn theo mẻ có bổ sung liên tục (bán liên tục) một hay một vài cấu tửkết hợp với phương án tuần hoàn lại một phần hệ sợi của mẻ lên men trước hoặc

không Quá trình lên men được vận hành theo phương pháp lên men hai pha, vớipha đầu nuôi thu sinh khối trong khoảng 2 – 3 ngày, sau đó chuyển sang pha lênmen thu sản phẩm Trong hầu hết các trường hợp người ta thay thế phần lớn hoặchoàn toàn đường lactoza bằng đường glucoza Lượng glucoza này có thể được bổsung liên tục hay bán liên tục nhưng phải giám sát chặt chẽ nồng độ glucoza trongsuốt quá trình vận hành pha sau để duy trì nồng độ glucoza luôn ở mức thích hợpnhằm vừa giữ khối lượng hệ sợi ổn định, vừa đảm bảo sinh tổng hợp nhiềupenicillin Trong thực tiển, để tránh xảy ra thiếu hụt nhất thời glucoza người ta cóthể kết hợp bổ sung lượng nhỏ đường lactoza (khi đó, nếu chưa bổ sung kịp glucozathì nấm mốc sẽ tự điều chỉnh để sử dụng đường lactoza nên không xảy ra hiệntượng tự phân hệ sợi) Ngoài nguồn nito trong nước chiết ngô, người ta thường sửdụng phối hợp (NH4)2SO4 để vừa cung cấp thức ăn N và S, vừa sử dụng để điềuchỉnh pH trong quá trình lên men (pH dịch lên men ban đầu thường được điều chỉnh

về khoảng pH = 6,5 – 6,8; bằng dung dịch NaOH hoặc H3PO4); nồng độ NH4thường khống chế trong khoảng 0,3 – 0,4kg/m3 dịch lên men Chất phá bọt thường

sử dụng là các loại dầu béo như: mỡ lợn, dầu đậu tương, dầu vừng, dầu cám… Tiềnchất tạo nhánh phenylacetic trong lên men sản xuất penicillin G được bổ sung liêntục hoặc bổ sung gián đoạn làm nhiều lần, trong suốt thời gian pha lên menpenicillin, để duy trì nồng độ trong khoảng 0,1 – 1,0 kg/m3 dịch (nếu ít quá nấmmốc sẽ tổng hợp đồng thời nhiều penicillin khác, nếu quá nhiều sẽ gây độc cho nấm

và tăng cường thúc đẩy quá trình hydroxyl hóa sản phẩm penicillin) Nhiệt độ lênmen pha đầu không chế ở 30oC, sau đó sang pha sau giữ ở 22 – 25oC Tốc độ sụckhí và khuấy trộn được điều chỉnh để duy trì nồng độ oxy hòa tan trong dịch trongkhoảng 30% Trong điều kiện trên thời gian lên men người ta cố gắng lọc sơm dịchlên men, làm lạnh rồi chuyển sang công đoạn trích ly và tinh chế thu penicillin [2]

NaHCO3/KOHpH=7,2 – 7,5 Trích ly lần 2

Cô đặc chân không

Trích ly lần 1Hấp phụ màu bằng than hoạt tính

Tinh bột ngôHòa nướcThủy phânTrung hòa

Pha chế dịch lên men

Ép lọcBã

Nước máy đã xử lý t=40oC

Than hoạt tính

3.2. Qui trình sản xuất kháng sinh Penicillin G

Bảo quản

SấyĐóng vỉ

Natri acetat và BuOH

Izopropanol

Kết tinhLọc và rửa tinh thểNghiền tinh thể

Bổ sung tá chấtTạo viên

3.2.2.1. Xử lí nguyên liệu

- Hoà tan tinh bột [3]

Mục đích: Nhằm làm trương nở các hạt tinh bột nhằm dễ dàng cho quá trìnhthuỷ phân

Thông số kĩ thuật: + Nước máy được khử trùng

+ Tổng thời gian 1 giờ

- Ép lọc

Mục đích : Tách các phần bã và các chất không hoà tan được trong dung dịchđường

3.2.2.2 Pha chế dịch lên men

Mục đích : Tạo ra môi trường cho vi sinh vật sử dụng trong quá trình lên mentạo sinh khối

Thông số kĩ thuật môi trường lên men:

Tiến hành: Phối trộn giữa dịch thuỷ phân tinh bột với các thành phần như trên,sau đó điều chỉnh pH.

Thiết bị: Thiết bị pha chế dịch lên men [2]

3.2.2.3 Thanh trùng và làm nguội

Mục đích: Nhằm tiêu diệt các vi sinh vật có trong dịch đường hóa từ tinh bột

và dịch pha chế, đảm bảo độ vô trùng trước khi tiến hành quá trình lên men Sau khithanh trùng xong cần phải hạ nhiệt độ môi trường tới nhiệt độ lên men

Dùng thiết bị thanh trùng liên tục UHT

3.2.2.4 Giống sản xuất

Biến chủng P.chrysogenum có hoạt tính kháng khuẩn cao, hoạt lực cao để sản

xuất kháng sinh penicillin Việc tuyển chọn chủng công nghiệp để lên men sản xuấtkháng sinh penicillin trải qua các các công đoạn tuyển chọn để tìm ra chủng có hoạtlực cao

Giải pháp kỹ thuật hiệu quả để thu nhận biến chủng “siêu tổng hợp” penicillin

là kỹ thuật gây đột biến thường là: xử lý tia Rơn-ghen,xử lý tia cực tím và tạo độtbiến bằng hóa chất Để nấm mốc sinh nhiều kháng sinh mà vẫn đảm bảo hệ sợi ổnđịnh và tạo nhiều sinh khối lượng glucose phải sử dụng 10 % và bổ sung một lượngnhỏ lactose

Mục đích: Quá trình lên men chìm người ta nhân giống trong môi trường lỏng.Yêu cầu quan trọng của của công đoạn nhân giống là phải đảm bảo cung cấp

đủ lượng giống cần thiết, với hoạt lực cao, chất lượng đảm bảo đúng thời điểm chocác công đoạn nhân giống kế tiếp và cuối cùng là cung cấp đủ lượng giống đạt cácyêu cầu kỹ thuật cho lên men sản xuất

Trong thực tiễn, để đảm bảo cho quá trình lên men thuận lợi người ta thườngtính toán lượng giống cấp sao cho mật độ giống trong dịch lên men ban đầu khoảng

1 - 5.109 bào tử / m3

Thông số kĩ thuật của môi trường nhân giống penicillin có các thành phần sau:Cao ngô 2%; Glucose2%; Nitrat amon 0,125%; Kaliphotphat monoboric 0,2%;Sunfat natri 0,05%; Sunfat magiê 0,025%; CaCO3 0,5%

Tiến hành: Giống công nghiệp P.chrysogenum được bảo quản lâu dài ở dạng

đông khô, bảo quản siêu lạnh ở 700C hoặc bảo quản trong nitơ lỏng Giống từ môitrường bảo quản được cấy chuyền ra trên môi trường thạch hộp để hoạt hoá và nuôithu bào tử Dịch huyền phù bào tử thu từ hộp petri được cấy chuyển tiếp sang môitrường bình tam giác, rồi sang thiết bị phân giống nhỏ, qua thiết bị nhân giống trunggian và cuối cùng thực hiện trên thiết bị nhân giống sản xuất

Giống Nhân giống cấp I Nhân giống cấp IIMôi trường được thanh trùng ở 141oC, để nguội và nhân giống Quá trình nhângiống được bắt đầu bằng việc chuyển giống từ ống nghiệm sang bình tam giác đãchứa sẵn môi trường nhân giống

Nhiệt độ trong quá trình nhân giống duy trì khoảng 26 ± 1oC và thời gian nhângiống ở mỗi cấp độ khoảng 72 giờ Tuy nhiên nhiệt độ này không hoàn toàn cố định

mà có sự thay đổi theo giống vi sinh vật mà ta áp dụng vào sản xuất Khi nào tathấy tổng số lượng tế bào mới bắt đầu đạt được lớn nhất thì ta đưa chúng sang giaiđoạn sản xuất [1]

- Tỷ lệ giống cấp: 10% so với khối lượng môi trường

- Thời gian lên men: 144180 giờ

Xử lý dầu: Trong quá trình lên men, do hoạt động của nấm mốc và vi khuẩn,thải ra nhiều CO2, tạo ra nhiều bọt, vì vậy cần phải dùng một lượng dầu thích hợp

để phá bọt Sử dụng dầu lạc 0,001%

Tiền chất tạo nhánh trong lên men được bổ sung liên tục hay gián đoạn làmnhiều lần trong suốt quá trình lên men, duy trì nồng độ khoảng 1% Nếu ít quá nấmmốc sẽ tổng hợp đồng thời nhiều penicillin khác,nếu nhiều quá sẽ gây độc cho nấm

và tăng cường thúc đẩy quá trình hydro hóa sản phẩm penicillin

Nồng độ oxy hòa tan thuận lợi cho quá trình sinh tổng hợp penicillin dao độngquanh mức 30% nồng độ oxy bão hoà Nếu nồng độ oxy hòa tan dưới dải nồng độtrên sẽ làm cho năng lực sinh tổng hợp penicillin của chủng giảm, đặc biệt nếu đểthiếu oxy xuống dưới mức 10% thì hoạt tính sinh tổng hơp penicillin sẽ suy giảmmạnh và hầu như chúng mất khả năng phục hồi sớm, ngay cả khi tăng nồng độ oxyhòa tan ngay lên mức 30%

Tốc độ tích tụ penicillin cũng chịu sự tác động đáng kể của kiểu khuấy trộn và

cường độ khuấy trộn dịch lên men Khuấy trộn quá mãnh liệt dịch lên men thườngkéo theo hiệu ứng tăng hàm lượng sinh khối, nhưng lại rút ngắn thời gian pha tích

tụ penicillin và có xu hướng tích tụ thêm nhiều sản phẩm không mong muốn, gâykhó khăn thêm cho công đoạn tinh chế thu sản phẩm sau này Trong thực tế, để đảmbảo lượng oxy hòa tan người ta thường phối hợp điều chỉnh cả hai thông số cường

độ sục khí và khuấy trộn, theo hướng đủ tạo ra viên nhỏ và mịn trong điều kiệnkhuẩy trộn hơi dư ở mức cân đối với yêu cầu tiết kiệm năng lượng tiêu tốn

Tiến hành: Quá trình lên men trong môi trường lỏng bằng phương pháp lênmen chìm để sản xuất penicillin trải qua 2 pha:

Pha thứ nhất nuôi thu sinh khối: Kéo dài khoảng 2 – 3 ngày Trong pha này

hệ sợi phát triển rất mạnh, hay còn gọi là pha sinh khối Trong pha này các chấtdinh dưỡng dễ đồng hóa sẽ được tế bào nấm hấp thu rất mạnh Tốc độ sinh sản củanấm xảy ra rất nhanh Sự tạo thành penicillin mới bắt đầu Ở pha này cần bổ sungliên tục lượng glucose để hệ sợi phát triển, pellet đạt số lượng và đạt yêu cầu Bổsung dầu béo để phá bọt Nhiệt độ của pha này giữ ở 30oC

Pha thứ hai: Hệ sợi phát triển chậm lại, pH tăng dần và đạt đến giá trị khoảng7-7.5 Trong pha này penicillin được tạo ra với mức độ cực đại Để penicillin tạo ranhiều cần bồ sung đủ lượng lactose cùng các tiền chất tạo nhánh để kích thích tạopenicillin G Nhiệt độ tối ưu của quá trình này là 22-25oC [1]

3.2.2.6 Lọc loại sinh khối

Mục đích: Penicillin là sản phẩm lên men ngoại bào Vì vậy ngay sau khi kết

thúc quá trình lên men người ta tiến hành lọc ngay để giảm tổn thất do sự phân hủypenicillin và giảm bớt khó khăn khi tinh chế, do các tạp chất tạo ra khi hệ sợi nấm

tự phân Hiện tượng tự phân hệ sợi nấm thường kéo theo hậu quả làm cho dịch lọckhó lọc hơn

Tiến hành: Dùng thiết bị lọc hút kiểu thùng quay Thông thường, người ta chỉ

cần lọc một lần rồi làm lạnh dịch ngay để chuyển sang công đoạn tiếp theo Chỉtrong những trường hợp rất đặc biệt mới cần phải xử lý kết tủa một phần protein vàlọc lại dịch lần thứ hai Phần sinh khối tạo ra được rửa sạch, sấy khô và sử dụng đểchế biến thức ăn gia súc [2]

3.2.2.7 Trích ly lần 1

Mục đích: Trích ly Penicillin ở dạng axit ra khỏi dịch lên men Với lần trích ly

đầu tiên dùng butylacetat làm dung môi Nhằm hạn chế lượng penicillin bị phânhủy, quá trình trích ly được thực hiện trong thời gian ngắn

sinh Quá trình trích ly được thực hiện trong thời gian ngắn, trong thiết bị trích lyngược dòng ở pH= 2,0 – 2,5, nhiệt độ 0-3 oC [2]

3.2.2.8 Tẩy màu

Mục đích: Để tẩy màu và loại bỏ một số tạp chất khác, người ta thường bổ

sung trực tiếp chất hấp phụ vào dung môi chứa penicillin sau trích ly, sử dụng phổbiến nhất là than hoạt tính

Tiến hành: Quá trình được tiến hành trong thiết bị hình trụ, đáy chỏm cầu, bên

trong có than hoạt tính để tẩy màu dung dịch đi vào và sản phẩm đi ra [2]

3.2.2.9 Lọc ép

Mục đích: Sau khi dùng than hoạt tính để tẩy màu thì cần tách than hoạt tính

ra để đi tái chế, còn dịch đi qua công doạn tiếp theo

Tiến hành: Sau đó than hoạt tính được tách và rửa lại bằng sử dụng thiết bị lọc

ép khung bản Phần than sau lọc được đem đi chưng thu hồi dung môi và xử lý hoànnguyên, phục vụ cho các mẻ sau [2]

3.2.2.10 Trích ly lần 2

Mục đích: Trích ly nhằm trung hòa penicillin ở dạng axit đồng thời cải thiện

chất lượng sản phẩm tốt hơn Quá trình trích ly lại thu dịch penicillin tinh khiết hơn.Thông số kĩ thuật:

+ Tỷ lệ dung môi và dung dịch đệm là 1:1

+ Dung dịch đệm có pH = 7,2 – 7,5

+ Nhiệt độ trích ly 0 – 3 oC

Tiến hành: Penicillin được trích ly ngược sang dung dịch đệm, thường dùng là

dung dịch KOH loãng hoặc dung dịch NaHCO3 [2]

3.2.2.11 Cô đặc chân không và kết tinh

Mục đích: Tiến hành cô đặc chân không để loại bỏ bớt nước, và thực hiện ở

nhiệt độ thấp để hạn chế sự tổn thất kháng sinh do nhiệt Kháng sinh kết tụ lại nhiềuhơn Cô đặc tạo điều kiện thuận lợi và tiết kiệm năng lượng cho các quá trình xử lý

sau Nhằm tách penicillin ra khỏi dung môi trong quá trình kết tinh.

Tiến hành: Bổ sung natri acetat hoặc kali acetat nhằm tách triệt để dung môi ra

khỏi penicillin Penicillin tự kết tinh ở nhiệt độ thấp khi có mặt của BuOH

Các thông số công nghệ ảnh hưởng lớn đến quá trình kết tinh:

Mục đích: Để tách riêng tinh thể ra khỏi dịch lên men và làm sạch tinh thể

penicillin thu nhận được sau khi lọc

Tiến hành: Sau khi kết tinh, tinh thể penicillin được lọc tách bằng máy lọc

thùng quay Để đảm bảo độ tinh khiết cao hơn, có thể tiến hành hòa tan và kết tinhlại penicillin Khi sản phẩm đạt độ tinh sạch theo yêu cầu, thường độ tinh sạchkhông dưới 99,5% Dùng dung môi kị nước izopropanol để rửa hút sạch phần dịchbám trên tinh thể penicillin [2]

3.2.2.13 Nghiền tinh thể penicillin

Mục đích: Nghiền các tinh thể thành dạng bột, để thuận lợi trong quá trìnhphối trộn

Tiến hành: Sử dụng thiết bị máy nghiền bi, trong thiết bị này nhờ lực ma sátvới thành Và được qua lổ sàng nếu đạt yêu cầu, nếu chưa đạt yêu cầu thì tiếp tụcnghiền

3.2.2.14 Bổ sung tá chất

Mục dích: Tạo đủ thành phần trong một viên nén và giúp cho quá trình giửcho penicillin không mất hoạt tính

Tiến hành: Phối trộn cứ 400mg penicillin thì có 500mg Avicel PH102, 500mgDicalci phosphate, 6,26 mg Aerosil và 10,2mg Magnesie stearat.

Tiến hành: Thường thì kháng sinh là những chất có hoạt tính sinh học cao, rất

dễ bị biến tính bởi nhiệt do vậy mà quá trình sấy cần phải đảm bảo được nhiệt độthấp, bằng hơi nóng, thời gian sấy ngắn mà vẫn đảm bảo độ ẩm của sản phẩm saukhi sấy đạt yêu cầu công nghệ Sấy bằng không khí nóng từ 50-600C đến dạng sảnphẩm có độ ẩm là 2% Thời gian sấy là 0,5h

CHƯƠNG 4: TÍNH CÂN BẰNG VẬT CHẤT

4.1. Lập kế hoạch sản xuất

- Kế hoạch sản xuất của nhà máy năm 2013:

+ Nhà máy được nghỉ vào ngày thứ bảy và chủ nhật

+ Nhà máy nghỉ vào các ngày lễ quốc gia như tết âm lịch, dương lịch, giỗ

tổ Hùng Vương, ngày giải phóng miền Nam, ngày Quốc tế lao động vàngày Quốc khánh Nếu ngày lễ trùng vào ngày chủ nhật thì công nhân sẽnghỉ bù vào các ngày tiếp theo

+ Nhà máy được nghỉ từ ngày 09/6/2013 đến ngày 23/6/2013 để tu sửa, vệsinh thiết bị và đồng thời tổ chức đi du lịch trong nước cho nhân viên nhàmáy

+ Mỗi ngày làm việc 3 ca, mỗi ca làm việc 8 tiếng Nhưng mỗi máy cần 1giờ để vệ sinh, khởi động và nghỉ giữa ca nên thời gian làm việc của máylà: 7 giờ

Bảng 4.1 Các ngày nghỉ lễ theo quy định trong năm 2013

19/430/4

11

Tổng các ngày nghỉ lễ và tết của nhà máy là 10 ngày

Bảng 4.2 Kế hoạch sản xuất theo tháng

Số ngày

4.2. Chọn các thông số ban đầu

- Năng suất nhà máy là 1000kg/ngày (tính theo lượng Penicillin tạo thành)

- Năng suất tính theo ca là 1000/3= 333,333kg/ca

- Chọn các thông số và trạng thái ban đầu của nguyên liệu: Tinh bột ngô có độ

ẩm 12%, tạp chất 0,2%

- Sử dụng biến chủng vi sinh vật Penicillinum chrysogenum cho năng suất 70

kg Penicillin G/m3 dịch lên men

- Thành phần khác dung dịch lên men

Bảng 4.3 Thành phần dung dịch lên men

- Nên tổng chất khô trong dịch lên men là 17,146 + 10 = 27,146%

- Lượng giống bổ sung cho lên men chiếm 10% lượng dung dịch lên men

- Chất phá bọt bổ sung vào lên men chiếm 0,001% lượng dung dịch lên men.

- Yêu cầu về sản phẩm: Độ ẩm 2%; Tạp chất 1%

4.3. Tính cân bằng vật chất

Hao hụt trong quá trình vận chuyển là lượng chất mất đi trong mỗi công đoạnvận chuyển và được ký hiệu là %HVC

Các công đoạn có lượng hao hụt như trong bảng IV.5

Hao hụt chất khô là lượng chất khô mất đi trong cát quá trình tinh sạch, được

ký hiệu là %HCK

Trong quá trình sản xuất penicillin ta có hai công đoạn trích ly là:

- Trích ly lần 1 có lượng chất khô mất đi 50%

- Trích ly lần 2 có lượng chất khô mất đi 50%

%1

W W

H A

(1)Trong đó:

- %W1: Phần trăm ẩm của dung dịch trước mỗi công đoạn

- %W2: Phần trăm ẩm của dung dịch sau mỗi công đoạn

Bảng 4.5 Bảng tổng kết hao hụt qua các công đoạn T

Tỷ lệ (dd : dm) %H VC %H CK %H A

- Tính hàm lượng ẩm: A VC

H H

W W

% 100

100

% 100

100

2 1

A A

% 100

100

% 100

(4)

- Hao hụt vận chuyển 1,5%, hao hụt chất khô và hao hụt ẩm không đáng kể

- Sau khi nghiền tinh thể: G2 = 333,333kg, %W2 = 10%,

+ Lượng ẩm sau khi nghiền: W2 = 333,333× 0,1 = 33,333 kg

+ Lượng chất khô sau khi nghiền: A2 = 333,333 – 33,333 = 300 kg

+ Lượng ẩm trước khi nghiền:

841,335,1100

100333

,33

100300

- Hao hụt vận chuyển 1,5%, hao hụt chất khô không đáng kể

- Sau khi lọc rửa: %W2 = 10%, G2 = 338,41 kg, W2 = 33,841 kg, A2=304,569kg

- Trước khi lọc rửa: %W1 = 80%

- Suy ra hao hụt ẩm được tính theo công thức (1) được 97,22%

+ Lượng izopropanol là chất dùng để rửa sạch tinh thể sao khi lọc nên khôngtính vào khối lượng dung dịch Mặt khác tỷ lệ giữa tinh thể và dung dịch rửaIzopropanol là 1:2, nên có lượng Izopropanol cần dùng là: G2 × 2 = 338,41 ×

2 = 676,82 kg

+ Lượng ẩm trước khi lọc rửa:

840,12355

,1100

10022

,97100

100841

,33

100569

,304

,309840,1235

+ Lượng BuOH bổ sung vào để kết tinh có tỷ lệ 2:1 so với dung dịch trước kếttinh Nên ta có khối lượng dung dịch trước kết tinh chưa tính hao hụt trongvận chuyển G1ch = G2 ÷ 3 = 1545,047 ÷ 3 = 515,016 kg

+ Lượng dung dịch trước kết tinh có hao hụt:

859 , 522 5 , 1 100

100 016

, 515

% 100

H G

G

kg

+ Lượng BuOH bổ sung có tính hụt trong quá trình vận chuyển:

718 , 1045 5

, 1 100

100 2

016 , 515

% 100

100 2

BuOH

H G

m

kg

+ Lượng chất khô trong dung dịch trước khi kết tinh có tính hao hụt:

916,3135,1100

100207

,309

943,208

- Hao hụt vận chuyển 1,5%, hao hụt chất khô không đáng kể

- Sau cô đặc chân không: G2 = 522,859 kg, %W2 = 40%, W2 = 208,943 kg,

A2=313,916 kg

- Trước cô đặc chân không: %W1 = 63,2%

- Suy ra hao hụt ẩm được tính theo công thức (1) là 61,2%

+ Lượng ẩm trong dung dịch trước cô đặc chân không:

714,5462,61100

1005

,1100

100943

,208

100916

,313

1005

,1100

100696

,318

100714

,546

,555098,647

040,555

- Hao hụt vận chuyển 1,5%, hao hụt ẩm và hao hụt chất khô không đáng kể

- Sau lọc loại than: G2 = 1202,138 kg, %W2 = 46,17%, W2 = 555,040 kg,

A2=647,098 kg

+ Lượng chất khô trong dung dịch trước khi lọc than:

952,6565,1100

100098

,647

100040

,555

100952

,656

100492

,563

1005

,1100

100956

,666

100

1005

,1100

100029

,1239

5,1100)898,1257590

,5031(100

%100)

t Butylaceta

H m

,1100

100225

,1354

,1100

100365

,3677

- Dịch lên men: Chất khô mong muốn 17,146%, chất khô không mong muốn10% vì hiệu suất thủy phân từ tinh bột thành đường glucose chiếm 50% Nênphần trăm chất khô dung dịch lên men: %A1 = 27,146%

- Sau khi lên men: G2 = 5108,213 kg, %W2 = 73,09%, W2 = 3733,365 kg,

A2=1374,848 kg

+ Lượng dung dịch trước khi lên men:

003,51865

,1100

100213

,5108

146,27003,5186100

% 11

,1407003

,51861

211,3778

+ Lượng chất phá bọt cho vào thiết bị lên men có tính hao hụt:

Gchất phá bọt= 5186,003

0519 , 0 100

001 , 0

10 003 ,

,1100

100792

,1407

,1100

100211

,3778

,3835230

,1429

,1100

100230

,1429

,1100

100747

,3835

,3894995

,1450

- Khối lượng dung dịch sau pha chế: G2= G’1 + G’k+ G’n

Với: G’1 là khối lượng dung dịch trước khi pha chế

G’k là khối lượng chất khô bổ sung vào dịch lên men G’n là khối lượng nước trong dung dịch

- Khối lượng đường glucose trước và sau pha chế dung dịch là như nhau nên:

16% G’1 = 10% G2Suy ra khối lượng dịch đường trước khi pha chế dịch lên men là:

721,334016

154,534510

%16

%10

G

kgKhối lượng dịch đường trước khi pha chế có tính hao hụt:

595,33915

,1100

100721

,33405

,1100

100'1

1002

100

1005

100

100100

1154,

1001

100

1002

100

100100

04,0154,53454

1001

100

1002

100

100100

5,0154,5345

1001

100

1002

100

100100

1154,5345

1001

100

1002

100

100100

002,0154,5345

1001

100

1002

100

100100

004,0154,5345

1001

100

1002

100

100100

4,0154,53454

1001

100

1002

100

100100

1,0154,5345

1002

100

1005

100

100100

4154,

1002

100

1005

100

100100

1,0154,

526 , 405 100

5 , 1 100 702 , 411 100

5 , 1 100 'k =G k × − = × − =

G

kg

- Lượng nước cần pha thêm:

G’n = G2 – (G’1 + G’k) = 5345,154 – ( 3340,721 + 405,526) = 1598,907 kgLượng nước pha thêm trước khi pha dịch lên men có tính hao hụt:

256,16235

,1100

100907

,15985

,1100

kg

4.3.2.14. Ép lọc

- Hao hụt vận chuyển 1,5%, hao hụt ẩm không đáng kể và hao hụt chất khôtrong quá trình này 10% vì hiệu suất đường hóa là 90% Trong lượng tinh bộtđường hòa thành dịch đường có chứa 50% là lượng glucose còn lại là cácthành phần không mong muốn như oligosaccharide, maltotriose, sucrose…Giả sử hiệu suất ép lọc được 90%

- Sau khi ép lọc: %W2 = 68%, G2= 3391,595 kg, W2 = 2306,285 kg,

A2=1085,310 kg.

+ Lượng chất khô trong dung dịch trước khi ép lọc:

293,136090

10010100

1005

,1100

100310

,1085

1005,1100

100285

,2306

,2601293

,1360

562,2601

,1100

100195

,37735

,1100

100'1

+ Lượng dung dịch Na2CO3 35% cần dùng có tính đến hao hụt vận chuyển là: G1

× 0,05 = 3830,655 × 0,05 = 191,533 kg

+ Lượng chất khô trong dung dịch trước khi trung hòa:

008,13815

,1100

100293

,1360