Nguyên liệu bột cám
-Ch c năng: Là ngu n cung c p dinh d ̃ng chính để vi sinh ṿt sinh tr ng và phát triển. Bảng 2.1: Thành phần dinh dưỡng của cám Thành ph n Đ năv tính Kh iăl ng Protein Lipit Gluxit Cellulose Tro Calci Photpho S t Vitamin B1 % % % % % mg/100g mg/100g mg/100g mg/100g 12,2 22,7 40,3 6,3 6,5 30,0 4,6 14,0 0,96
- Cách ti n hành: Bột cám g o đ ̣c nghiền đ t kích th ́c c n thi t sau đó đ ̣c đ nh l ̣ng vào thi t b ph́i trộn.
Nguyên liệu trấu
- Ch c năng: B sung tr u v́i m c đích t o đột i x́p và tránh nguyên li u b k t dính. - Cách ti n hành: Tr u đ ̣c đ a đi lƠm s ch, sau đó đ ̣c chuyển đi đ nh l ̣ng, và x xúng thi t b trộn.
Nguyên liệu bã táo
- Ch c năng: LƠ c ch t c m ng t o t ng ḥp enzyme pectin methylesterase. Bã táo là ngu n c ch t r t thích ḥp cho quá trình lên men sinh t ng ḥp enzyme PME ho t tính enzyme thô thu đ ̣c là 4,83 U/g (Tr n Thanh Trúc, 2013).
- Cách ti n hƠnh: Bư t́o đ ̣c nghiền đ t kích th ́c c n thi t sau đó đ ̣c đ nh l ̣ng vào thi t b ph́i trộn.
GVHD: Th.S ĐƠo Th M Linh Trang 18
2.2.2. Ph i tr n
Môi tr ng nuôi c y bề mặt c a vi sinh ṿt t o enzyme pectinmethylesterase g m có 62% là bột cám, 25% tr u, nguyên li u ch a c ch t c m ng t ng ḥp enzyme t ng ng là 5% cám mì và 5% bã táo, b sung amonium sulfate và amonium chloride 1%, amonium phosphate 2%. N ́c làm ẩm, ph c v tṛc ti p cho thanh trùng, đ m b o ch độ làm ẩm cho quá trình nuôi c y, độ ẩm t́i u lƠ 55% pH=5,0.
2.2.3. Thanh trùng
M c đích: LƠm cho môi tr ng đ ̣c tinh khi t vềph ng di n vi sinh ṿt. Cách ti n hành: Thanh trùng b ng h i n ́c nóng 121oC trong vòng 15 phút.
2.2.4. Làm ngu i
Làm nguội g n đ n nhi t độ nuôi c y nh m t o điều ki n thích ḥp về mặt nhi t độ cho vi sinh ṿt phát triển. Đơy cũng lƠ giai đo n kiểm tra và lo i bỏ những thành ph n quá nhão hoặc khô so v́i yêu c u.
Cách ti n hành: Sau khi thanh trùng, môi tr ng đ ̣c làm nguội đ n nhi t độ kho ng 330C ÷ 340C. Yêu c u th i gian tḥc hi n quá trình này ph i ng n để tránh b nhi m vi sinh ṿt t p.
2.2.5. Nhân gi ng s n xu t
Để phù ḥp v́i môi tr ng đ ̣c cḥn ta cḥn gíng Aspergillus niger để nuôi c y có kh năng sinh t ng ḥp PME cao.
Gíng trong ́ng nghi m đ ̣c giữ tr ng thái ho t động b ng cách c y chuyền mỗi tháng một l n trong ćc môi tr ng th ch Czapek.
B ng 2.2: Thành phần môi trường Czapek.
Thành ph n Kh iăl ng N ́c 1000ml Saccroza 30g NaNO3 3g KH2PO4 1g MgSO4.7H2O 0.5g
GVHD: Th.S ĐƠo Th M Linh Trang 19 KCl 0.5g FeSO4 0.01g pH 4 - 5 10 ml d ch ṭ phân n m men. M c đích:
+ Kích ho t gíng ǵc và cho gíng vi sinh ṿt làm quen v́i môi tr ng lên men s s n xu t trên quy mô công nghi p.
+ T o đ l ̣ng gíng để s n xu t trên quy mô công nghi p. Cách ti n hành:
Nhân gíng trên máy l c.
Môi tr ng trong giai đo n nƠy cũng lƠ môi tr ng trên ḿc gíng đ ̣c nuôi trong b̀nh tam gíc 1 lít vƠ đ ̣c đặt trên máy l c.
Từ môi tr ng s n xu t sau khi làm nguội k t thúc, trích ra 10% chuyển qua phòng nhân gíng để nhân gíng s n xu t. Quá trình nhân gíng s n xu t cũng đ ̣c tḥc hi n trên khay vƠ đ ̣c tḥc hi n trong phòng nhân gíng.
2.2.6. Gieo gi ng
M c đích: Phơn b́ gíng đều trên môi tr ng nuôi c y nh m t o điều ki n thụn ḷi cho gíng phát triển t́t.
Cách ti n hành: Sau khi làm nguội môi tr ng đ n nhi t độ 330C ÷ 340C ta ti n hành gieo gíng, t l gieo gíng là 16,5% v/w (Tr n Thanh Trúc, Nguy n Văn M i, 2014)
2.2.7. Nuôi c y
Đơy lƠ giai đo n quan tṛng nh t trong toàn bộ qú tr̀nh, giai đo n này c n đ ̣c giám sát chặt ch . Những thay đ i c a các thông śsinh lỦ trong giai đo n này s nh h ng tṛc ti p đ n năng su t và ch t l ̣ng enzyme thành phẩm.
- Cách ti n hành: Sau khi k t thúc quá trình gieo gíng, canh tr ng n m ḿc đ ̣c chuyển canh tr ng qua cơn đ nh l ̣ng vƠ đ ̣c đ a vƠo khay, khay chuyển vào phòng nuôi c y đ ̣c đặt trong phòng nuôi c y và ti n hành nuôi. Th i gian nuôi c y n m ḿc 96 gi .
GVHD: Th.S ĐƠo Th M Linh Trang 20 M c đích: vừa phá ṽ t bào vừa làm nhỏ các thành ph n c a t bào. Khi thành t bào b phá ṽ, các enzyme nội bƠo ch a thót khỏi t bào s d dàng thoát khỏi t bào.
Trong khi nghiền ng i ta th ng b sung những ch t tṛ nghiền trong tr ng ḥp nƠy đ ̣c dùng là cát th ch anh và bột th y tinh. Các ch t này là những ch t vô c không tham gia vƠo ph n ng và kh năng tăng m c độ ma śt. Tr ́c khi đ ̣c sử d ng ph i đ ̣c rửa s ch, s y khô nhi t độ ĺn h n 100oC để lo i bỏ n ́c và tiêu di t vi sinh ṿt.
2.2.9. Trích ly
M c đích: trích ly giúp PME có thể liên k t và khu ch tán ra ngoài dung môi m c t́i đa, gi m m t ho t tính c a enzyme. Vi ḷc dùng để lo i bỏ vi khuẩn, xác vi sinh ṿt, và các t p ch t trong dung d ch enzyme.
Sử d ng dung dch đ m citrate (pH= 3,6) v́i t l dung dch đ m : c ch t 2:1 v/w. Nhi t độ trích ly 35oC, th i gian 50 phút. Sau khi trích ly sử d ng vi ḷc 0,2 micromet để ḷc vƠ thu đ ̣c ch phẩm enzyme thô.
2.2.10. K t t a
K t t a b ng múi là một trong các cách th c ph bi n nh t để tách protein. Kh năng hòa tan c a protein tùy thuộc vào nhiều y u t́: đặc tính lý hóa ṭ nhiên c a protein, pH, nhi t độ, n ng độ c a múiầ Ph ng ph́p k t t a b ng múi ḍa trên c s ṣ khác nhau về kh năng k t t a c a các protein một n ng độ múi (tính theo ph n trăm n ng độbưo hòa) x́c đ nh để lo i bỏ một ph n protein t p c a dung d ch enzyme (Scopes, 1994). Hi u qu t a protein c a các anion múi khác nhau thì khác nhau, có thể x p theo th ṭ gi m d n nh sau:
citrate > phosphate > sulphate > acetate/chloride > nitrate > thiocyanate. Đ́i v́i các cation múi hi u qu k t t a tăng d n theo th ṭ: Na+ < K+ <NH4+
Trong ś các lo i múi đ ̣c sử d ng, ng i ta nḥn th y múi (NH4)2SO4 là t́t nh t. Vì múi (NH4)2SO4 có độ hòa tan cao, rẻ tiền, đ ng th i múi (NH4)2SO4 có độ ion hóa cao. Thêm vƠo đó, k t t a thu đ ̣c b ng ph ng ph́p nƠy n đ nh, ít b bi n tính nh ng ph i ti n hành quá trình lo i múi. tr ng th́i b̀nh th ng, các nhóm mang đi n tích trên bề mặt enzyme s liên k t v́i các phân tử n ́c bao quanh qua liên k t hydro t o ĺp ́o n ́c quanh phân tử. Khi thêm múi ammonium
GVHD: Th.S ĐƠo Th M Linh Trang 21 sulfate vào v́i n ng độ cao, các phân tử múi s phân ly thành các ion, các ion này liên k t v́i các phân tửn ́c làm cho enzyme m t ĺp ́o n ́c, liên k t l i v́i nhau và t a xúng (Mukherjee and Banerjee, 2006)
Theo nghiên c u c a Tr n Thanh Trúc (2013) thì t l (NH4)2SO4 : PME thô từ 55 : 65 (w/v) khi đó đ t 6,87 U/mg protein độ tinh s ch 5,45 l n và hi u su t thu h i là 62,23%.
2.2.11. Ly tâm
Trong quá trình ly tâm tách t a enzyme ra khỏi hỗn ḥp dung môi dung d ch ch c n t́c độ ly tâm th p để thu cặn nên ta dùng máy ly tâm d ng đĩa để ti n hành thu cặn vì thể tích ch a c a ḿy ly tơm đĩa cao h n so v́i quá trình ly tâm ́ng nên sử d ng ḿy ly tơm đĩa lƠ phù ḥp trong quá trình thu cặn. Thể tích thùng c a máy ly tâm d ng đĩa ĺn phù ḥp v́i quy mô công nghi p.
Để tránh hi n t ̣ng bi n tính enzyme th ng ly tâm 4oC v́i ṿn t́c 6500 vòng/phút trong 15 phút. Sau đó thu k t t a.
2.2.12. L c màng
M c đích: Lo i bỏ múi amonisulfat.
M̃u enzyme đ ̣c hòa tan trong dung d ch đ m citrate pH 4 sau đó đ ̣c b m qua h th́ng màng phơn đo n 20 kDa và ti n hành quá trình ḷc kh́i l ̣ng phân tử c a PME kho ng 43 kDa do đó ph n d ch ḷc ch a múi amonisulfat đư tan trong dch đ m bã ḷc ch a enzyme d ng s t đ ̣c thu nḥn và chuyển sang giai đo n s y t o thành phẩm.
2.2.13. S y thĕngăhoaă(s yăđôngăkhô)
S y đông khô sử d ng chân không và k t đông để lo i bỏn ́c. S y đông khô chân không là một k thụt s y s n phẩm u vi t. Tr ́c h t nguyên li u đ ̣c đông l nh đột ngột, làm n ́c trong s n phẩm đóng thƠnh thể r n, r i qua xử lý chân không thăng hoa (sublimes) thƠnh d ng h i r i ng ng t thành n ́c và th i ra ngoài, s n phẩm tr thành d ng khô. S y thăng hoa có u điểm r t ĺn so v́i các ph ng ph́p s y kh́c đó lƠ: s n phẩm có ch t l ̣ng cao giữnguyên đ ̣c màu s c, c u trúc, ho t tính sinh ḥc. Tiêu hao năng l ̣ng đểbay h i hƠm ẩm th p.
Quá trình s y thăng hoa th ng g m 3 giai đo n:
Giai đo n 1: l nh đông nguyên li u để chuyển một ph n n ́c trong nguyên li u sang d ng r n.
GVHD: Th.S ĐƠo Th M Linh Trang 22 Giai đo n 2: t o áp su t chân không r i gia nhi t nguyên li u đư l nh đông
trong bu ng s y đển ́c thăng hoa.
Giai đo n 3: do trong giai đo n l nh đông không thể chuyển toàn bộ l ̣ng n ́c trong nguyên li u sang d ng r n nên sau giai đo n s y thăng hoa lƠ giai đo n s y chơn không để tách thêm một ph n ẩm d ng lỏng trong nguyên li u, đ m b o độẩm trong nguyên li u sau quá trình s y đ t yêu c u.
Nhi t độ
Giai đo n l nh đông: nhi t độ b t đ u <20-250C, nhi t độ k t thúc từ -300C đ n -200C
Giai đo n s y thăng hoa: nhi t b t đ u từ -300C đ n -200C, nhi t độ k t thúc từ -200C đ n 300C
Ph ng ph́p gia nhi t: cḥn ph ng ph́p gia nhi t b ng b c x (vì nguyên li u đ ̣c gia nhi t đ ng đều h n vƠ vi c thót h i n ́c ra môi tr ng xung quanh di n ra d dƠng h n).
Áp su t trong bu ng s y: 27-133 Pa
Độẩm nguyên li u sau khi s y: <5%
Năng su t c a thi t b thăng hoa t́c động liên t c tính theo độ ẩm b́c h i ĺn h n 200 kg/h. Th i gian có mặt c a s n phẩm trong máy s y từ 40 đ n 110 phút, nhi t độ cao nh t c a s n phẩm cúi quá trình s y nhỏh n 270
C.
2.2.14. Bao gói
Sau khi thu đ ̣c ch phẩm enzyme d ng bột ta đem đi đóng gói b ng thi t b bao gói ṭđộng kh́i l ̣ng đ nh sẵn thu nḥn thành phẩm enzyme k thụt.
GVHD: Th.S ĐƠo Th M Linh Trang 23
CH NGă3:ăTệNHăTOỄN CÂN B NG V T CH T
3.1. K ho ch s n xu t
Gi sử một năm lƠm vi c 330 ngày.
Th i gian lên men một mẻ là 96 gi , 5 mẻ v sinh 1 l n trong 24 gi . Th i gian lên men và v sinh trong 5 mẻ là: 96 x 5 + 24 = 504 gi Ṿy ś mẻ lên men trong một năm lƠ:
ố ẻ = x x = , ẻ Do đó ś mẻ s n xu t đ ̣c trong một năm lƠ 78 mẻ. S n l ̣ng s n xu t là 50 t n/năm.
Ṿy năng su t thu sinh kh́i c a nhà máy theo mẻ là: � � = x = , �/ ẻ
3.2. Tính toán cân b ng v t ch t cho t ngăgiaiăđo n
Bảng 3.1: Tỷ lệ hao hụt trong từng công đoạn
Quá trình
T l t n th t
Hi u su t
quá trình Tài li u tham kh o
Chuẩn b nguyên li u 5% Ph́i trộn 0,3% Thanh trùng và làm nguội 1,5%
Lên men 2% 70%
Nghiền 0,5% 85% Lê Văn HoƠng, 2004
Trích ly 3% 80% Lê Văn HoƠng, 2004
K t t a 2% 62,23% Tr n Thanh Trúc,
GVHD: Th.S ĐƠo Th M Linh Trang 24 Ly tâm 1,8% 85% Ph m Th Thúy An và cs, 2015 Ḷc 2% 80% S y 1,5% 90% Bao gói 0,1% Cân b ng v t ch t 3.2.1. Bao gói T l t n th t là 0,1%
L ̣ng s n phẩm tr ́c khi bao gói là:
P B = m E− ,× = , ×− , = , kg/mẻ
3.2.2. Quá trình s y
L ̣ng s n phẩm sau khi s y là PSS = PTB = 641,7 (kg/mẻ)
Độ ẩm ṿt li u tr ́c khi s y là W1 = 50% (l ̣ng enzyme sau khi ḷc d ng s t)
Độẩm ṿt li u sau khi s y là W2 = 3%. L ̣ng ẩm bay h i là W:
Ta có công th c tính l ̣ng ẩm ḍa theo ắSổ tay quá trình và thiết bị công nghệ hóa chất tập 2Ằ do Nguy n Bin và cộng ṣ biên so n (2006)
PTS = PSS + W Và: W = W − W− W × P => W = W − W− W × P + W = −− × , + W => W = , kg/mẻ T l t n th t 1,5% và hi u su t qú tr̀nh đ t H = 90% Ta có l ̣ng s n phẩm tr ́c khi s y là : P = , + , × − , × = , kg/mẻ
GVHD: Th.S ĐƠo Th M Linh Trang 25
3.2.3. Quá trình l c
T l t n th t 2% và hi u su t qú tr̀nh đ t H = 80% L ̣ng s n phẩm tr ́c khi ḷc:
P = , × − × = , kg/mẻ
Ta có kh́i l ̣ng c a enzyme lƠ 1791,2 kg/mẻ kèm theo l ̣ngmúi đư k t t a
enzyme là 1764,7 kg đ ̣c tính từ qú tr̀nh k t t a.
Kh́i l ̣ng riêng c a enzyme lƠ 1,05 kg/l, thể tích c a enzyme lƠ: VE e = , , = , lit
Ta có kh́i l ̣ng riêng c a múi (NH4)2SO4 là 1,77 g/cm3, thể tích c a múi đư k t t a là:
V ố ủ = , x
, = , cm
VMúit a = 997,00565 lit.
Ṿy nên ta s sử d ng l ̣ng múi để k t t a enzyme lƠ: 997,1 lit. T ng thể tích ṿt ch t trong qú tr̀nh ḷc lƠ:
VL = VMúit a + VEnzyme = 997,1 + 1705,9 = 2703 (lit)
3.2.4. Quá trình ly tâm
T l t n th t 1,8% và hi u su t qú tr̀nh đ t H = 85% L ̣ng s n phẩm tr ́c khi ly tâm:
P = , × − , × = , kg/mẻ
Sau quá tr̀nh k t t a ta thu đ ̣c 2145,93 kg enzyme trong đó còn kh́i l ̣ng múi b sung vƠo là M(NH4)2SO4 = 2835,72 (kg)
Kh́i l ̣ng riêng c a enzyme lƠ 1,05 kg/l, thể tích c a enzyme lƠ: VE e = , , = , lit
Ta có kh́i l ̣ng riêng c a múi (NH4)2SO4 là 1,77 g/cm3, thể tích c a múi đư k t t a lƠ:
V ố = , x , = , cm
GVHD: Th.S ĐƠo Th M Linh Trang 26 T ng thể tích ṿt ch t trong qú tr̀nh ly tơm lƠ:
VLT = VMúi + VEnzyme = 1602,102 + 2043,743 = 3645,845 (lit)
3.2.5. Quáătrìnhăk tăt a
T l t n th t 2% và hi u su t qú tr̀nh đ t H = 62,23% L ̣ng s n phẩm tr ́c khi k t t a: