CHƯƠNG 3 : CHỌN VÀ THUYẾT MINH QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ
3.2 Thuyết minh dây chuyền sản xuất:
3.2.9. Rửa sinh khối
Mục đích:
Rửa canh trường còn bám trên sinh khối vi khuẩn Phương pháp thực hiện:
Sinh khối vi khuẫn sau khi ly tâm vẫn còn lẫn dịch canh trường bám trên vi sinh vật, vì vậy ta tiến hành rửa sinh khối bằng cách đổ sinh khối vào tank có cánh khuấy và cấp 50% nước vào sinh khối. Quá trình rửa sinh khối diễn ra trong 30 phút.
Thông số kỹ thuật:
- Cấp nước rửa là nước RO
- Thời gian rửa trong 30 phút
- Áp suất 1apm
- Nhiệt độ phòng 25 oC
- Tốc độ của cánh khuấy là 90 vòng trên phút Thiết bị:
Thiết bị rửa sinh khối
3.2.10. Đông khô
Mục đích:
Thu chế phẩm dạng hạt, tạo điều kiện thuận lợi cho quá trình bảo quản. Phương pháp thực hiện:
Sấy đông khô: Sấy đông khô là quá trình tách ẩm từ các sản phẩm bằng phương pháp lạnh đông và tiếp theo là chuyển đá làm lạnh đông được tạo thành trong sản phẩm thành hơi, qua pha loãng ngắn ngủi khi đun nóng sản phẩm trong chân không. Khi sấy đông khô, ẩm chuyển dời trong sản phẩm ở dạng hơi không kéo theo nó những chất trích ly và những vi sinh vật.
Thông số kỹ thuật:
- Áp suất dư 133,3Pa - 13,3 Pa
- Nhiệt độ của vật liệu bắt đầu sấy bằng -20oC – -30oC
- Độ ẩm tối thiểu của sản phẩm 5%.
- Nhiệt độ của vật liệu tăng đến 30oC, 40oC.
- Nhiệt độ phòng 25 oC Thiết bị:
3.2.11. Đóng gói
Sau quá trình nhân giống, ta nên sử dụng ngay sinh khối vi sinh vật để cấy giống cho các quá trình lên men công nghiệp. Những nhà sản xuất có thể bảo quản giống đã nhân trong một thời gian ngắn ở nhiệt độ 4 – 6oC, trong điều kiện vô trùng. Tùy thuộc chủng vi sinh vật sử dụng và hoạt tính sinh lý của chúng mà thời gian bảo quản theo phương pháp này có thể kéo dài từ vài giờ đến vài ngày. Nếu thời gian bảo quản kéo dài, giống sẽ giảm dần hoạt tính và số tế bào chết sẽ gia tăng.
Nếu muốn kéo dài thời gian bảo quản giống sản xuất đến hàng tháng hoặc lâu hơn, ta nên tiến hành xử lý ngay canh trường thu được sau quá trình nhân giống. Phương pháp thông dụng cho các canh trường lỏng là ly tâm lạnh để tách sinh khối, kế tiếp sử dụng phương pháp sấy thăng hoa để tách ẩm rồi đem nghiền và rây để thu chế phẩm vi sinh vậtdạng hạt. Giống vi sinh vật đông khô nếu được bảo quản ở 40C có thể bảo tồn được hoạt tính ban đầu trong thời gian 1 năm.
Qua sấy lạnh, sau đó mới đóng gói, bảo quản ta được sản phẩm dạng hạt. Mục đích: Bảo quản sản phẩm Phương pháp thực hiện: Sử dụng hệ thống đóng gói Hình 3.3: Hệ thống đóng gói Thông số kỹ thuật:
3.2.12. Sản phẩm
Chế phẩm dạng hạt:
Các công nghệ mới áp dụng trong sấy đông khô làm cho canh trường này có thể bổ sung trực tiếp vào các sản phẩm công nghiệp khác như phương pháp trên. Sau khi làm lạnh, canh trường cô đặc được đặt dưới một áp suất chân không cao để tách nước bằng sự sấy đông khô. Luôn luôn có khoảng 60 – 70% tế bào sống sót. Tế bào sau khi sấy được đóng gói dưới điều kiện vô trùng, tốt nhất là không có mặt oxi. Sự có mặt của oxi sẽ nhanh chóng làm hỏng sản phẩm
Chỉ tiêu chất lượng:
- Độ ẩm : 5 %
- Kích thước hạt : tùy thuộc nhà sản xuất, nhưng nhỏ thì tốt, khoảng 1 – 2 mm
- Màu sắc hạt: vàng nhạt
- Không có Oxy
CHƯƠNG 4: CÂN BẰNG VẬT CHẤT4.1 Kế hoạch sản xuất của nhà máy trong một năm 4.1 Kế hoạch sản xuất của nhà máy trong một năm
4.1.1 Biểu đồ sản xuất của nhà máy
Nhà máy ngày làm việc suốt 12 tháng, một tuần 7 ngày ( không nghỉ ngày chủ nhật) và chia 2 ca/ngày (mỗi ca 8 giờ). Vào mùa mưa ( tháng 11), nhà máy sẽ ngưng sản xuất 10 ngày để tu sửa và vệ sinh thiết bị. Mỗi công nhân sẽ được nghỉ phép 10 ngày/năm.
Nhà máy làm việc liên tục, các ngày nghỉ lễ bố trí làm thay ca và nghỉ bù sau đó. Các ngày lễ được nghỉ trong năm:
- Tết dương lịch : 1 ngày - Tết âm lịch : 5 ngày - Giỗ tổ Hùng Vương : 1 ngày - Chiến thắng 30/4 : 1 ngày - Quốc tế lao động : 1 ngày - Quốc khánh 2/9 : 1 ngày
Ta có tổng kết thời gian sản xuất của nhà máy trong một năm như sau:
Bảng 4. 1: Kế hoạch sản xuất của nhà máy năm 2022
Tháng 01 02 03 04 05 06 07 08 09 10 11 12 Cả năm
Số ngày 31 28 31 30 31 30 31 31 30 31 30 31 365
Số ngày nghỉ 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 10 0 10
Ngày làm việc 31 28 31 30 31 30 31 31 30 31 20 31 355 Ca làm việc 62 56 62 60 62 60 62 62 60 62 40 62 710
Thời gian sản xuất của nhà máy trong vòng 1 năm: - Số ngày làm việc trong một năm: 365 – 10 = 355 (ngày) - Số ca làm việc trong một năm: 710 (ca)
4.1.2 Năng suất nhà máy:
Thông số nguyên liệu đầu vào:
Chỉ tiêu Giá trị (%) Nồng độ chất khô(oBx) 80 – 85 pH 5,5 – 6,5 Tỉ trọng (kg/L) 1,4149 Nước 15 – 20 Đường tổng 50 – 60 Đường khử 20 – 25 Đường saccharose 30 – 35
Bảng 4. 2: Thông số rỉ đường nguyên liệu
Thông số sản phẩm đầu ra:
Nhà máy sản xuất sinh khối vi khuẩn lactic với năng suất 900 tấn ( trọng lượng khô) sản phẩm/năm.
Tổng số ca làm việc trong 1 năm là 710 ca nên năng suất nhà máy sản xuất trong 1 ca là 1.268 tấn / ca 1268 kg/ca
Độ ẩm của sinh khối vi khuẩn thành phẩm là 75%
Khối lượng sinh khối vi khuẩn lactic khan (có mật độ Lactobacillus acidophilus 1.0×108 CFU/g) là 25%
Chủng vi sinh vật sản xuất: Lactobacillus acidophilus
Sử dụng phương pháp lên men chìm 4.2. Hao hụt qua các công đoạn
Bao gồm hai loại hao hụt là hao hụt vận chuyển và hao hụt ẩm.
- Hao hụt vận chuyển là hao hụt bị mất đi trong quá trình vận chuyển từ thiết bị này sang thiết bị khác do bám dính hoặc rơi vãi.
- Hao hụt ẩm là hao hụt bị mất đi do sự bay hơi nước trong quá trình sấy, cô đặc hoặc làm nguội.
4.2.1 Hao hụt vận chuyển
Giả sử hao hụt vận chuyển qua các công đoạn như bảng sau:
STT Công đoạn hiệuKí Tỉ lệ haohụt (%) Hiệu suất(%)
4 Pha chế dịch lên men G4 1 100
5 Tiệt trùng làm nguội G5 1 100
6 Hoạt hóa giống G6 0,5 100
7 Nhân giống cấp 1 G7 0.5 100
8 Nhân giống cấp 2 G8 0.5 100
9 Nhân giống sản xuất G9 0.5 100
10 Lên men G10 0.5 100
11 Thu dịch lên men G11 1 100
12 Ly tâm lần 1 G12 2 90
13 Rửa sinh khối G13 1 100
14 Ly tâm lần 2 G14 1.5 90
15 Sấy đông khô G15 0.5 100
16 Đóng gói G16 0.5 100
Bảng 4. 3: Bảng hao hục qua từng công đoạn4.2.2. Hao hụt ẩm 4.2.2. Hao hụt ẩm
Trong dây chuyền sản xuất, công đoạn cô đặc chân không ngoài hao hụt vận chuyển là 2% còn có hao hụt ẩm do một lương nước mất đi trong quá trình cô đặc. Với nồng độ của sinh khối lactic trước khi vào và sau khi ra khỏi thiết bị lần lươt là 55% và 85%.
4.3. Các công thức sử dụng
Ta có công thức tính hao hụt: Gtr = Gs x (kg/ca) (CT3.1) [5]. Trong đó:
x là hao hụt trong quá trình vận chuyển qua công đoạn A (%). Gtr là khối lượng của dung dịch trƣớc khi vào công đoạn A( kg) Gs là khối lượng dung dịch sau khi đi qua công đoạn A (kg)
Công thức tính hao hụt ẩm:
Ta có lượng chất khô suốt quá trình không đổi, khi đó: Gck = Gt x = Gs x (Kg) (CT 3.2) [5] Trong đó:
Gt là khối lượng trước khi vào thiết bị (kg) Gs là khối lượng sau khi ra khỏi thiết bị (kg) Wt là hàm lượng ẩm trước khi vào thiết bị (%) Ws là hàm lượng ẩm sau khi ra khỏi thiết bị (%).
4.4. Cân bằng vật chất
Quy ước:
G: Khối lượng nguyên liệu tại các công đoạn V: Thể tích dung dịch
Wx: Độ ẩm dung dịch % W: Là lượng ẩm
4.4.1. Trước chiết chai
G16
P
Năng suất làm việc: P = 316,901 (kg/ca) Tỷ lệ hao hụt là 0,5%
Lượng chất khô thủy phân trước công đoạn đóng gói là: G16 = P x x
G16 = 316,901 x x = 318,494 (kg/ca)
Sấy đông khô
G15 = 318,494 x x = 336,941 (kg/ca)
Ly tâm lần 2
G14 = 482,311 x x = 544,062 (kg/ca)
Rửa sinh khối
G13 = 544,062 x x = 549,558(kg/ca)
Ly tâm lần 1
G12 = 549,558 x x = 623,082(kg/ca)
Thu dịch lên men
G11 = 623,082 x x = 629,375(kg/ca)
4.4.2. Trước lên men
G9 Giống
G10
Ta có khối lượng của 1 tế bào là : 10-12 (g)
Số lượng tế bào trong dịch lên men là: 6,294 x 1017 (tế bào) Nồng độ vi khuẩn trog dịch lên men: 1010 (tế bào/ml)
Giả sử khối lượng riêng của dịch lên men là d =1,032 (kg/L) Thể tích dịch lên men là:
V’10 = = 62937,529 (L/ca) Khối lượng môi trường lên men là:
Gmtlm = d.V’10 = 1,032 x 62937,529 = 64951,530 (kg/ca) Tỉ lệ cấp giống là 10% G10 – Dịch lên men Ta có: Gmtlm = G10 + Ggiống sản xuẩt Đóng gói Lên men
Gmtlm = G10 + 0.1G10
( G giống sản xuất = 10% G dịch lên men )
Suy ra: G10 = Gmtlm / 110% = 64951,530 / 110% = 59046,845 (kg/ca) Giống cấp vào môi trường lên men là:
Ggiống sản xuất = 10% x G10 = 10% x 59046,845 = 5904,685 (kg/ca) Khối lượng dịch cấp vào quá trình lên men:
G’10 = 59046,845 x = 64626,772 (kg/ca) Thể tích dịch lên men:
V10 = (l/ca)
4.4.3. Thu dịch lên men
G10
G11
Khối lượng dịch thu được sau quá trình lên men:
G’11 = G’10 x = 63980,504 (kg/ca) Thể tích dịch sau lên men là:
V11 = 63980,504/ 1,032 = 61996,613 (L/ca)
4.4.4. Ly tâm lần 1
G11
Bả G12
Giả sử sinh khối chiếm 30% dịch lên men, quá trình ly tâm loại bả chiếm 70% Khối lượng bả sau quá trình ly tâm là:
Gbả = G’11 x 70% = 63980,504 x70% = 44786,353 (kg/ca) Khối lượng dịch sau ly tâm là:
G’12 = (G’11 - Gbả ) x x = 16929,241 (kg/ca) Nồng độ chất khô hòa tan sau ly tâm là:
C12 = = = 0,037 Thể tích dịch sau ly tâm:
V12 = 16404,241/1,032 = 16404,304 (L/ca) Thể tích bả sau ly tâm:
Vbả = V11 – V12 = 61996,613 – 16404,304 = 45592,309 (L/ca)
Thu dịch lên men
4.4.5. Rửa sinh khối
G12 Cấp nước
G13
Nước được cấp rửa cho quá trình rửa sinh khối là 50% khối lượng dịch
Khối lượng nước cấp: Gnước = G’12 x 50% = 16929,241 x 50% = 8464,621 (kg/ca) Thể tích nước cấp: Vnước = Gnước / 0,997 = 61996,613 / 0,997 = 27619,491 (L/ca) Khối lượng dịch sau khi rửa sinh khối:
G’13 = (G’12 + Gnước ) x = 25139,924 (kg/ca) Nồng độ chất khô hòa tan sau rửa sinh khối là:
C13 = = = 0,022 Thể tích dịch sau rửa sinh khối:
V13 = = = 27619,491 (L/ca)
4.4.6. Ly tâm lần 2
G13
Bả G14
Giả sử sinh khối chiếm 40% dịch lên men, quá trình ly tâm loại bả chiếm 60% Khối lượng bả sau quá trình ly tâm là:
Gbả = G’13 x 60% = 25139,924 x 60% = 15083,954 (kg/ca) Khối lượng dịch sau ly tâm là:
G’14 = (G’13 - Gbả ) x x = 8914,617 (kg/ca) Nồng độ chất khô hòa tan sau ly tâm là:
C14 = = = 0,061 Thể tích dịch sau ly tâm:
V14 = = = 9892,799 (L/ca) Thể tích bả sau ly tâm:
Vbả = V13 – V14 = 27619,491 – 9892,799 = 17726,691 (L/ca)
Rửa sinh khối
4.4.7. Sấy đông khô
G14
G15
Khối lượng dịch sau khi sấy đông khô
G’15 = G’14 x = 8914,617 x = 8870,044 (kg/ca)
4.4.11. Đóng gói
G15
G16
Khối lượng dịch thu được sau quá trình đóng gói: G’19 = G’18 x = 1265,183(kg/ca)
4.4.12. Nhân giống các cấp
Giả sử nồng độ dịch rỉ đường 10% có khối lượng riêng là d = 1,024 (kg/L) và khối lượng riêng của môi trường MRS là d = 1,05 (kg/L)
Nhân giống sản xuất :
Ta có: Ggiống sản xuất = Gmtsx + Gcấp2
Gcấp2 =10%Gmtsx
Gmtsx = Ggiống sản xuất / 110%
Ggiống sản xuất = 5904,685 (kg/ca)
Khối lượng môi trường sản xuất để cấp giống cho quá trình lên men là: Gmtsx = 5904,685/ 110% = 5367,895 (kg/ca)
Với tỉ lệ hao hụt qua từng công đoạn là 0.5 ta có khối lượng môi trường sản xuất thực tế là :
G9 = 5367,895 x = 5394,869 (kg/ca) Môi trường sản xuất có tỉ lệ rỉ đường : MRS là 9:1 Khối lượng rỉ đường cung cấp vào môi trường là :
Grỉ đường = 5394,869 x = 4855,382 (kg/ca) Khối lượng môi trường MRS là :
GMRS = 5394,869 x = 539,487 (kg/ca) Thể tích môi trường sản xuất là:
Vrỉ đường = 5394,869 / 1,024 = 4741,584 (L/ca)
Sấy đông khô
Nhân giống cấp 2:
Khối lượng môi trường nhân giống cấp 2 để cấp giống cho quá trình nhân giống sản xuất là: Ggiống cấp2 = 10%Gmtsx = 5394,869 x 10% = 539,487 (kg/ca) Ta có: Ggiống cấp2= Gmtc2 + Ggiống cấp1 Ggiống cấp1 =10%Gmtc2 Gmtc2 = Ggiống cấp2 / 110% Gmtc2 = 539,487 /110% = 490,443 (kg/ca)
Với tỉ lệ hao hụt qua từng công đoạn là 0.5 ta có khối lượng môi trường nhân giống cấp 2 thực tế là :
G8 = 539,487 x = 492,907(kg/ca) Môi trường sản xuất có tỉ lệ rỉ đường : MRS là 1: 9 Khối lượng rỉ đường cung cấp vào môi trường là :
Grỉ đường = 492,907x = 492,907 (kg/ca) Khối lượng môi trường MRS là :
GMRS = 492,907x = 443,616 (kg/ca) Thể tích môi trường nhân giống cấp 2 là:
Vrỉ đường = 492,907/ 1,024 = 48,135 (L/ca) VMRS = 443,616 / 1,05 = 422,492 (L/ca)
V8 = Vrỉ đường + VMRS = 48,135 + 422,492 = 470,627 (L/ca) Nhân giống cấp 1:
Khối lượng môi trường nhân giống cấp 1 để cấp giống cho quá trình nhân giống cấp 2 là: Ggiống cấp1 = 10%Gmtc2 = 492,907x 10% = 49,291 (kg/ca) Ta có: Ggiống cấp1= Gmtc1 + Ggiống hh Ggiống hh =10%Gmtc1 Gmtc1 = Ggiống cấp1 / 110% Gmtc1 = 49,291 /110% = 44,810 (kg/ca)
Với tỉ lệ hao hụt qua từng công đoạn là 0.5 ta có khối lượng môi trường nhân giống cấp 1 thực tế là :
G7 = 44,810 x = 45,035 (kg/ca) Môi trường nuôi giống cấp 1là môi trường MRS Thể tích môi trường nhân giống cấp 1 là:
VMRS = V7 = 44,810 / 1,05 = 42,890 (L/ca) Hoạt hóa giống:
Khối lượng môi trường hoạt hóa giống để cấp giống cho quá trình nhân giống cấp 1 là:
Ggiống hh= 10%Gmtc1 = 45,035 x 10% = 4,504 (kg/ca) Ta có: Ggiống hh = Gmthh + Ggiống cung cấp
Gmthh = Ggiống hoạt hóa / 110%
Gmthh = 4,504 /110% = 4,094(kg/ca)
Với tỉ lệ hao hụt qua từng công đoạn là 0.5 ta có khối lượng môi trường nhân giống hoạt hóa thực tế là :
G6 = 4,094x = 4,115 (kg/ca) Môi trường nuôi giống hoạt hóa là môi trường MRS Thể tích môi trường nhân giống hoạt hóa là:
VMRS = V6 = 4,115 / 1,05 = 3,919 (L/ca)
4.4.13. Tiệt trùng làm nguội
Khối lượng dịch lên men đem đi tiệt trùng làm nguội G5 = 64626,772 x = 65279,568 (kg/ca) Thể tích đưa vào thiết bị tiệt trùng làm nguội
V5 = 65279,568 / 1,032 = 63255,395 (L/ca)
4.4.14. Pha loãng sơ bộ
G Cấp nước
G1
Giả sử khối lượng nguyên liệu rỉ đường dùng cho một ca là : G* = 1000 Kg/ca
Nồng độ Bx = 85
Khối lượng riêng d =1,4149 kg/L Thể tích của rỉ đường nguyên liệu là:
V* = 1000 / 1,4149 = 706,764 (L/ca) Pha loãng đến nồng độ 25 Bx
Hao hụt trong quá trình vận chuyển là 0,5 Thể tích sau pha loãng là
V1* = V* x x = 2390,982 (L/ca) Nước được thêm vào cho quá trình là:
Thể tích nước :Vnước = V1* – V* = 2390,982 – 706,764 = 1684,218 (L/ca) Khối lượng nước: Gnước = 1684,218 x 0,997 = 1679,165 (kg/ca)
Bảng 4. 4: Thông số rỉ đường nguyên liệu
Nồng độ chất khô 85Bx
Độ pH 5,5 – 6,5
Đường tổng 60%
Đường khử 25%
Đường Sacchrose 35%
Ta có:
Khối lượng đường sau pha loãng là:
Gđường khử = G* x 25% x = 1000 x 25% x = 248,750 (kg/ca) Gsaccharose = G* x 35% x = 1000 x 35% x = 348,250 (kg/ca) 4.4.15. Acid hóa G1 H2SO4 G2
Lượng acid H2SO4 98% cho vào chiếm 0,5% lượng rỉ đường cho vào Khối lượng acid cần dùng là:
Gdd acid = 1000 x 0,5% = 5,102 kg/ca Khối lượng riêng của acid H2SO4 98% là d = 1,84 kg/L