độc học môi trường (environmental toxicology) hay còn gọi là độc học sinh thái (ecotoxiclogy) là một ngành khoa học cơ bản môi trường học, chuyên nghiên cứu về chất và lượng của các hiệu ứng xấu do các tác nhân lý học, hóa học, sinh học, gây ra cho các thể, quần thể hay quần xã sinh vật và hệ sinh thái.
ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HỒ CHÍ MINH VIỆN MƠI TRƯỜNG VÀ TÀI NGUYÊN TIỂU LUẬN MÔN HỌC ĐỘC HỌC MƠI TRƯỜNG Chun đề 7: TÌM HIỂU VỀ ĐỘC HỌC MÔI TRƯỜNG NƯỚC TRONG SẢN XUẤT BỘT NGỌT GVHD: TS Nguyễn Thị Thanh Kiều HVTH: Nhóm Phan Thị Ngọc Lê Thị Kiều Tôn Thất Nguyễn Văn Nguyễn Thị Phương Nguyễn Hữu Nguyễn Ngọc Phan Thị Diệu Nguyễn Vũ Nguyễn Thị Mỹ Ánh Hoanh Hưng Huy Thảo Thịnh Tuyến Đoan Khải Ngọc Lớp: Cơng nghệ mơi trường Khóa: 2011 TP.HCM, 04-2012 MỤC LỤC Tìm hiểu độc học mơi trường nước sản xuất bột GVHD: TS Nguyễn Thị Thanh Kiểu MỞ ĐẦU Chương I: TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT BỘT NGỌT I Quy trình sản xuất bột (Monosonatri glutamate) II Các nguồn nước thải gây ô nhiễm .13 Chương II: ĐỘC HỌC MÔI TRƯỜNG NƯỚC TỪ SẢN XUẤT BỘT NGỌT .18 I Độc học môi trường nước từ trình sản xuất bột 18 II Q trình trầm tích, bay hơi, phân tán độc chất môi trường nước 23 III Các yếu tố môi trường ảnh hưởng đến độc tính độc chất 24 Chương III: CÁC BIỆN PHÁP PHÒNG CHỐNG, KHẮC PHỤC TÁC HẠI CỦA CÁC ĐỘC CHẤT TRONG MÔI TRƯỜNG NƯỚC 27 I Khả tự làm nước 27 II Công nghệ xử lý nước thải nhà máy sản xuất bột .29 KẾT LUẬN 32 HVTH: Nhóm – Cơng nghệ mơi trường – Khóa 2011 Tìm hiểu độc học mơi trường nước sản xuất bột GVHD: TS Nguyễn Thị Thanh Kiểu MỞ ĐẦU Việt Nam nước đông dân có thói quen sử dụng nhiều bột ngọt, lại dồi nguyên liệu sắn rỉ đường mía Những nguyên liệu đủ dùng để sản xuất hàng trăm ngàn bột ngọt, thừa dùng nước xuất với khối lượng lớn Bột hợp chất muối Natri axit glutamic, chất điều vị có giá trị cơng nghệ thực phẩm, sử dụng thường xuyên ăn hàng ngày người dân( đặc biệt nước phương đơng, có Việt Nam) Hiện công nghệ sản xuất bột chủ yếu cơng nghệ lên men, sản phẩm tạo có chất lượng tốt, đa dạng sản phẩm Tuy nhiên, nhà máy sản xuất bột gặp phải vấn đề môi trường nước thải, chất thải Chất ô nhiễm phát sinh trình sản xuất bột không xử lý gây ô nhiễm nghiêm trọng mơi trường nước Chun đề tìm hiểu độc học môi trường nước sản xuất bột ngọt, loại chất độc, chế gây độc chúng, yếu tố ảnh hưởng đến hoạt tính chất độc Bài báo cáo gồm có phần sau: Chương I: Tổng quan công nghệ sản xuất bột Chương II: Độc học môi trường nước từ sản xuất bột Chương III: Các biện pháp phòng chống, khắc phục tác hại độc chất môi trường nước Do kiến thức cịn hạn chế, nhóm thực chắn khơng tránh khỏi thiếu sót Rất mong dẫn, góp ý Cơ! HVTH: Nhóm – Cơng nghệ mơi trường – Khóa 2011 Tìm hiểu độc học mơi trường nước sản xuất bột GVHD: TS Nguyễn Thị Thanh Kiểu Chương I TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT BỘT NGỌT I Quy trình sản xuất bột (Monosonatri glutamate) Trong công nghệ sản xuất chế biến thực phẩm nay, bột (mì chính) chất phụ gia thực phẩm sử dụng rộng rãi Hiện có phương pháp sản xuất bột giới: - Phương pháp tổng hợp hóa học - Phương pháp thủy phân protit - Phương pháp lên men - Phương pháp kết hợp Công nghệ sử dụng rộng rãi (tại công ty bột VeDan, Ajino Moto…) phương pháp lên men Người ta áp dụng công nghệ vi sinh để trước hết tạo axit Glutamic, sau dùng NaOH nồng độ cao sản xuất bột (muối glutamat natri) Nguyên liệu: Để lên men sản xuất axit glutamic, người ta dùng nguyên liệu chủ yếu dịch có đường, rỉ đường, nguồn nguyên liệu tinh bột qua giai đoạn đường hóa Khoai mì ngun liệu tinh bột sử dụng nhiều Ngoài cịn có nguồn dinh dưỡng bổ sung muối amôn, photphat, sulfat, biotin, vitamin B… Trong thực tế sản xuất, người ta dùng rỉ đường làm môi trường lên men thay cho cao bắp Rỉ đường thường pha loãng đến 13 – 14% trùng trước lên men Nếu nguyên liệu chứa tinh bột, tinh bột phải thủy phân (q trình dịch hóa đuờng hóa) nhờ enzym a -b- amylaza sau bổ sung thêm dinh dưỡng vào mơi trường lên men Chủng vi sinh: Tham gia vào trình lên men sản xuất axit glutamic, chủng vi sinh thường sử dụng là: Corynebacterium Glutanicum, Brevibacterium Lactofermentus, Micrococus Glutamicus; chủ yếu chủng Corynebacterium Glutamicum (loại vi khuẩn nhà vi sinh vật Nhật Bản Kinosita phát từ 1956, có khả lên men từ tinh bột, ngơ, khoai, khoai mì để tạo axit glutamic) Giống vi khuẩn khiết lấy từ ống thạch nghiêng sở giữ giống, sau cấy truyền, nhân sinh khối mơi trường lỏng (như nói phần trên) Khối lượng sinh khối đuợc nhân lên đến yêu cầu phù hợp cho quy trình sản xuất đại trà Trước nhân, cấy, môi trường lỏng phải trùng phương pháp Pasteur HVTH: Nhóm – Cơng nghệ mơi trường – Khóa 2011 Tìm hiểu độc học mơi trường nước sản xuất bột GVHD: TS Nguyễn Thị Thanh Kiểu Chủng vi khuẩn giống phải có khả tạo nhiều axit glutamic, tốc độ sinh trưởng phát triển nhanh, có tính ổn định cao thời gian dài, chịu nồng độ axit cao, môi trường nuôi cấy đơn giản, dễ áp dụng thực tế sản xuất Kỹ thuật sản xuất axit glutamic bột ngọt: Bột (cịn gọi mì chính) 20 axit amin cấu tạo nên phân tử protein sử dụng nhiều thực tế sống cơng dụng Axit glutamic sản xuất phương pháp lên men vi khuẩn, với nguyên liệu đường Quá trình xúc tác nhờ hệ enzym có sẵn vi khuẩn, chuyển hóa qua nhiều giai đoạn trung gian với nhiều phản ứng khác tạo nhiều sản phẩm phụ, cuối sản phẩm axit glutamic Thực chất trình đuờng đuợc chuyển hóa (q trình đường phân theo Enbden - Meyerhoff), sau thơng qua chu trình Krebs q trình hơ hấp hiếu khí vi khuẩn, sản phẩm axit glutamic hình thành Sự hình thành axit glutamic phụ thuộc vào tích tụ axit a - xêtoglutaric tế bào vi khuẩn có mặt NH enzym xúc tác glutamat dehydrogenaza Quy trình cơng nghệ triển khai theo giai đoạn sau: Chuẩn bị dịch lên men: Môi trường lên men chuẩn bị sẵn từ nguyên liệu đường tinh bột (như nêu phần trên) trùng kỹ trước cấy vi khuẩn lên men glutamic vào Giai đoạn lên men: dung dịch nhân sinh khối vi khuẩn, dung dịch lên men chuyển vào dụng cụ, thiết bị lên men, sau corynebacterium glutamicum vào, cho lên men điều kiện thống khí, giữ nhiệt độ 32 - 37 0C thời gian 38 - 40 Kết thúc trình lên men, lượng acid glutamic đạt 50 60g/ lít Trong thời gian lên men, pH chuyển dần sang acid hình thành acid glutamic người ta thường bổ sung thêm dinh dưỡng vào môi trường nguồn amôn (NH4Cl, (NH4)2SO4, urê) để giữ ổn định độ pH cho vi khuẩn hoạt động tốt Không để điều kiện lên men yếm khí sản phẩm tạo acid lactic Để tạo thống khí, thiết bị lên men bố trí phận khuấy trộn dịch với tốc độ V = 450 vòng/phút Tinh acid glutamic: Kết thúc trình lên men, acid glutamic tạo thành với số tạp chất khác, cần phải tinh chế tạp chất khỏi dung dịch chứa acid glutamic Phương pháp thường dùng nhựa trao đổi rezin Nhựa trao đổi rezin có hai loại: rezin dương tính (mang tính acid) rezin âm tính (mang tính kiềm) Dịch lên men có chứa acid glutamic tạp chất cho chảy qua cột nhựa (có chứa rezin) từ lên với tốc độ 150 – 180 lít/ phút, thời gian chảy qua cột 150 – 180 phút Song song, người ta cho dòng nước chảy qua cột chiều với dung dịch lên men để rửa vi khuẩn bám vào bề mặt rezin Giữ nhiệt độ cột trao đổi ion 600 – 650C Sau kết thúc trình trao đổi ion, dùng NaOH – 5% HVTH: Nhóm – Cơng nghệ mơi trường – Khóa 2011 Tìm hiểu độc học mơi trường nước sản xuất bột GVHD: TS Nguyễn Thị Thanh Kiểu để tách acid glutamic khỏi cột (tốc độ chảy NaOH – 6m/ giờ, lưu lượng 100lít/ phút) Người ta sử dụng than hoạt tính để khử màu Acid glutamic thu cách điều chỉnh pH = 3,2 cô đặc dung dịch giảm nhiệt độ xuống 40 – 150C thu tinh thể acid glutamic với lượng 77 – 88% cao Sự tạo thành bột ngọt: Bột muối natri axit glutamic, gọi glutamat natri Dùng NaOH 40 – 50% để trung hòa dung dịch axit glutamic đến pH = 6,8, sau đem lọc, đặc, kết tinh phương pháp sấy chân không nhiệt độ thấp thu tinh thể bột màu trắng Độ tinh khiết bột đạt 99 – 99,6% monoglutamat natri Sơ đồ quy trình cơng nghệ sản xuất bột ngọt: Cơng ty chia làm cơng đoạn sau : Cơng đoạn : Lên men Axít Glutamic (GA), q trình áp dụng cơng nghệ tổng hợp sinh học Ngun liệu q trình lên men dung dịch Glucose, nhận từ trình thuỷ phân tinh bột khoai mì rỉ đường khử Canxi có tham gia số muối khống Sản phẩm cơng đoạn dung dịch men có chứa GA Công đoạn : Sản xuất dung dịch Mono Sodium Glutamate (MSG) GA kết tinh từ dịch men có chứa GA thơng qua q trình axít hố axít H2SO4 Các tinh thể GA tách nhờ máy ly tâm đưa vào tinh chế chuyển qua khâu trung hoà Na2CO3 NaOH để tạo dung dịch MSG Công đoạn : Sản xuất MSG từ dung dịch MSG thô Dung dịch MSG qua khâu khử màu than hoạt tính, lọc trình lọc ép – bay tách máy ly tâm đem sấy khơ, sàng đóng gói Sơ đồ cơng nghệ sản xuất bột ngọt: HVTH: Nhóm – Cơng nghệ mơi trường – Khóa 2011 Tìm hiểu độc học mơi trường nước sản xuất bột GVHD: TS Nguyễn Thị Thanh Kiểu Maät rỉ Tinh bột Pha loãng Axít hoá kết tinh Lắng, tách pha Mật rỉ tinh Bã CaSO4 Các Nguồn muối N Chuẩn bị môi Thanh trường nuôi trùng cấy Bổ sung muối Chủng bị thoái hoá Chủng nuôi cấy Nnguồn Chủng nuôi cấy gốc Chuẩn bị môi Thanh trường nuôi trùng cấy Chủng lên men Dịch sau lên men Công đoạn tinh chế Hình Sơ đồ quy trình cơng nghệ nhà máy : cơng đoạn lên men HVTH: Nhóm – Cơng nghệ mơi trường – Khóa 2011 Tìm hiểu độc học mơi trường nước sản xuất bột GVHD: TS Nguyễn Thị Thanh Kiểu Dịch lên men Cô đặc Axít hoá Axít Tạo tinh thể Tách ly tâm Sản phẩm phụ Axít Glutamic Tinh chế tinh thể Trung hoà Na2CO3 / NaOH Dung dịch MSG thô Công đoạn sản xuất MSG Hình Sơ đồ quy trình cơng nghệ nhà máy : cơng đoạn tinh chế HVTH: Nhóm – Cơng nghệ mơi trường – Khóa 2011 Tìm hiểu độc học mơi trường nước sản xuất bột GVHD: TS Nguyễn Thị Thanh Kiểu Dung dòch MSG thô Loại màu lọc Tiền lọc (túi vải) Than hoạt tính Bã than Chỉnh pH #1 tạo tinh thể lọc #2 L #2 tạo tinh thể lọc Sấy sàng #2 MSG Đóng gói Hoà tan Tái sử dụng Sản phẩm xuất xưởng Hình Sơ đồ quy trình cơng nghệ nhà máy: cơng đoạn sản xuất Thuyết minh quy trình sản xuất: Căn vào dây chuyền sản xuất ta chia cơng đoạn sau: - Cơng đoạn thủy phân tinh bột - Công đoạn lên men - Công đoạn trao đổi ion tách axit glutamic khỏi dịch lên men - Cơng đoạn trung hồ, tinh chế tạo glutamat natri tinh khiết 4.1 Công đoạn thuỷ phân Mục đích cơng đoạn tạo điều kiện để thực phản ứng thuỷ phân tinh bột thành đường lên men được, chủ yếu đường glucoza HVTH: Nhóm – Cơng nghệ mơi trường – Khóa 2011 Tìm hiểu độc học mơi trường nước sản xuất bột GVHD: TS Nguyễn Thị Thanh Kiểu Phản ứng xảy sau: nH2O (C6H10O5)n n C6H12O6 Để thực phản ứng trên, người ta tiến hành theo nhiều phương pháp khác phương pháp có ưu nhược điểm riêng, đáng ý phương pháp sau: a Phương pháp thuỷ phân enzim Người ta dùng α- amilaza, β- amilaza hạt nảy mầm hay nấm mốc để thuỷ phân tinh bột thành đường Phương pháp có ưu điểm khơng cần dùng đến hoá chất hay thiết bị chịu axit, chịu áp lực , không độc hại cho người thiết bị có nhược điểm là: - Đường hố khơng triệt để tinh bột, mà dạng trung gian dextrin làm cho vi khuẩn lên men mì khơng có khả sử dụng - Thời gian đường hố tương đối dài - Hàm lượng đường sau đường hố thấp, phải sử dụng thiết bị to, cồng kềnh b Phương pháp thuỷ phân H2SO4 Phương pháp có ưu nhược điểm sau thuỷ phân việc trung hoà axit dư sau dùng Na2CO3 hay NaOH mà dùng CaO rẻ tiền hơn, mặt khác sản phẩm phản ứng trung hoà lại kết tủa làm cho dịch đường theo phản ứng: CaO + H2SO4 = CaSO4 ↓ + H2O mà không tạo NaCl dùng HCl Tuy vậy, phần nêu, hiệu suất thuỷ phân H2SO4 thấp dùng HCl, thực tế hay dùng HCl c Phương pháp thuỷ phân HCl Phương pháp có nhược điểm là: phải dùng thiết bị chịu axit nhiệt độ cao, áp suất cao, trung hồ axit dư phải dùng Na 2CO3 có tạo lượng muối định theo phản ứng: HCl + Na2CO3 = NaCl + CO2 + H2O Hiện sản xuất hay dùng HCl để thuỷ phân tinh bột cho hiệu suất cao thời gian thuỷ phân ngắn cường lực xúc tác mạnh, trung hoà tạo lượng NaCl dung dịch ảnh hưởng đến q trình ni cấy vi khuẩn Quá trình thuỷ phân tiến hành theo phản ứng sơ đồ sau: HCl N (C6H10O5)n + nH2O n C6H12O6 HVTH: Nhóm – Cơng nghệ mơi trường – Khóa 2011 10 ... phân: Cho dung dịch vào nồi áp lực vỏ, dung dịch tinh bột trong, nước vào vỏ nâng nhiệt độ nhanh lên 1380C khoảng 20 phút áp lực 2,6 KG/cm2 Trong điều kiện này: Tinh bột → dextrin → mạch nha → glucoza... Chương I TỔNG QUAN VỀ CƠNG NGHỆ SẢN XUẤT BỘT NGỌT I Quy trình sản xuất bột (Monosonatri glutamate) Trong công nghệ sản xuất chế biến thực phẩm nay, bột (mì chính) chất phụ gia thực phẩm sử dụng rộng... dụng nhiều Ngồi cịn có nguồn dinh dưỡng bổ sung muối amôn, photphat, sulfat, biotin, vitamin B… Trong thực tế sản xuất, người ta dùng rỉ đường làm môi trường lên men thay cho cao bắp Rỉ đường