thiết kế nhà máy sản xuất axit glutamic hiện đại, năng suất 14 tấn sản phẩmngày từ nguyên liệu là rỉ đường và tinh bột sắn.

Đồ án tốt nghiệp

Trang 1

GVHD: TS.Trương Thị Minh Hạnh

MỞ ĐẦU
Lịch sử của axit glutamic đã có hơn 100
năm và gắn liền tên tuổi của ông Kikunae
Ikeda. Trong bữa ăn gia đình, vợ ơng chế biến
thức ăn thường cho rong biển vào. Ông nhận
thấy mùi vị của thức ăn đặc sắc hơn hẳn lên.
Kikunae Ikeda tiến hành nghiên cứu tại phịng
thí nghiệm riêng của mình để tìm hiểu xem
trong rong biển có chất nào mà làm cho thức
ăn đậm đà vị thịt như vậy. Cho đến năm 1907,
ông Kikunae Ikeda xác định được chất đó
chính là axit glutamic và ơng tách được nó ra
khỏi rong biển. Ơng khơng ngờ,
cơng trình nhận biết hoạt chất trong rong biển

Hình 1. Ơng Kikunae Ikeda

[14]

của ông lại mở đường cho một ngành công nghiệp hùng mạnh ở thế kỉ 20 - Công
nghiệp sản xuất axit glutamic.
Axit glutamic thuộc loại axit amin thay
thế nhưng có vai trị quan trọng trong q
trình trao đổi chất ở cơ thể người và động
vật.

Axit glutamic tham gia cấu tạo nên
chất xám và chất trắng của não, kích thích
các phản ứng oxi hố của não.
Khi vào cơ thể, axit glutamic chuyển
hóa dưới dạng glutamat. Mỗi ngày, cơ thể
cần khoảng 10 gam glutamat, riêng não cần
khoảng 2,3 gam glutamat.
Axit glutamic tham gia vào việc tạo Hình 2. Vai trị axit glutamic trong cơ
thể người
[14]
thành protein và hàng loạt các axit amin khác như: alanin,

Thiết kế nhà máy sản xuất axit glutamic

SVTH: Phạm Thị Mộng Sương - 04SH


Đồ án tốt nghiệp

Trang 2

GVHD: TS.Trương Thị Minh Hạnh

propin, xystin.
Vì vậy, trong y học, axit glutamic được xem là chất bổ não, chữa các bệnh
thần kinh phân lập, bệnh chậm phát triển về trí não, về tim mạch, các bệnh về cơ
bắp thịt.
Ngoài ra, axit glutamic là nguồn nguyên liệu chủ yếu sản xuất bột ngọt và một
số chất điều vị khác, mục đích của nó là tạo hương vị, làm thức ăn thêm ngon hơn.
Axit glutamic còn là nguồn nguyên liệu khởi đầu cho việc tổng hợp một số

hoá chất quan trọng.
Việc sản xuất axit glutamic là một việc cần thiết, là ngành công nghiệp quan
trọng cho công nghiệp chế biến thực phẩm, dược phẩm nói riêng và ngành cơng
nghiệp nói chung. Có rất nhiều phương pháp sản xuất axit glutamic như tổng hợp
hoá học, thuỷ phân và lên men vi sinh vật. Trong đó, phương pháp tổng hợp từ vi
sinh vật có nhiều ưu điểm nhất. Nó là một trong những ứng dụng của công nghệ
sinh học vào sản xuất. Nó khơng những có ý nghĩa về mặt kinh tế mà cịn có ý
nghĩa lớn lao về xử lý mơi trường vì tận dụng được các phế thải của các ngành công
nghiệp khác. Hiện nay, ở nước ta vẫn cịn ít các nhà máy sản xuất axit glutamic, vì
vậy, em được giao đề tài thiết kế nhà máy sản xuất axit glutamic hiện đại, năng suất
14 tấn sản phẩm/ngày từ nguyên liệu là rỉ đường và tinh bột sắn.

Thiết kế nhà máy sản xuất axit glutamic

SVTH: Phạm Thị Mộng Sương - 04SH


Đồ án tốt nghiệp

Trang 3

GVHD: TS.Trương Thị Minh Hạnh

CHƯƠNG I
LẬP LUẬN KINH TẾ KỸ THUẬT
Phú Yên là một tỉnh đang trên đà phát triển, đặc biệt việc chuyển từ thị xã Tuy
Hoà lên thành phố Tuy Hoà đã mở ra cho Phú Yên nhiều triển vọng để phát triển.
Các khu cơng nghiệp đang mở ra như: khu cơng nghiệp Hồ Hiệp, An Phú,…sẽ thu
hút các nhà đầu tư. Với sự đi lên ngày càng mạnh của tỉnh nhà, nhu cầu về chế biến
thực phẩm ngày càng tăng và không ngừng phát triển.

Từ nhu cầu thực tế đó, việc xây dựng nhà máy sản xuất axit glutamic tại khu
công nghiệp An Phú cách trung tâm thành phố khoảng 4km là rất hợp lý, đáp ứng
nhu cầu người tiêu dùng. Đồng thời, Phú n có đội ngũ lao động phổ thơng tương
đối nhiều, do đó việc xây dựng nhà máy sẽ giải quyết được công ăn việc làm cho
người dân và thu hút các kỹ sư giỏi đang làm ăn xa về xây dựng nhà máy ở tỉnh
nhà, làm cho Phú Yên ngày càng giàu mạnh, sánh vai với các tỉnh của đất nước.
1.1. Đặc điểm tự nhiên:
Phú Yên trải thuộc Nam miền Trung Việt Nam, phía bắc giáp tỉnh Bình Định,
phía nam giáp Khánh Hồ, phía tây giáp Đắc Lắc và Gia Lai, phía đơng giáp biển
Đơng, cách Hà Nội 1160 km về phía Nam, cách Hồ Chí Minh 561 km về phía Bắc
theo tuyến quốc lộ 1A.
Diện tích tự nhiên: 5,045 km², chiều dài bờ biển 189 km.
Khí hậu nhiệt đới gió mùa, nóng ẩm và chịu ảnh hưởng của khí hậu đại dương.
Có 2 mùa rõ rệt: mùa mưa từ tháng 9 đến tháng 12, mùa nắng từ tháng 1 đến tháng
8. Nhiệt độ trung bình hằng năm 26,50C .

[15 ]

Khu công nghiệp An Phú cách quốc lộ 1A khoảng 1 km và cách trung tâm
thành phố khoảng 4 km.
1.2. Vùng nguyên liệu
Phú Yên có nhà máy đường Tuy Hoà và nhà máy tinh bột sắn Tuy Hoà đặt ở
huyện Sông Hinh, cung cấp lượng lớn rỉ đường và tinh bột sắn cho sản xuất. Đây là
điều kiện thuận lợi nhất để Phú Yên xây dựng nhà máy sản xuất axit glutamic.
1.3. Sự hợp tác hoá:

Thiết kế nhà máy sản xuất axit glutamic

SVTH: Phạm Thị Mộng Sương - 04SH

Đồ án tốt nghiệp

Trang 4

GVHD: TS.Trương Thị Minh Hạnh

Nhà máy sẽ đặt tại khu công nghiệp An Phú nên các điều kiện về hợp tác hoá
giữa nhà máy và nhà máy nước, công ty dược,… rất thuận lợi và sử dụng chung
các cơng trình cơng cộng như điện, nước, hệ thống thốt nước, giao thơng…v.v.
Nhờ đó sẽ giảm thiểu vốn đầu tư ban đầu.
1.4 . Nguồn cung cấp điện, hơi và nhiên liệu
Hệ thống điện: Nhà máy thủy điện Vĩnh Sơn đặt tại huyện Sông Hinh với
công suất 72 MW và hệ thống đường dây 500 KVA Bắc - Nam đi qua tỉnh đảm bảo
cung cấp nhu cầu sử dụng điện cho sản xuất, sinh hoạt.
Ngoài ra, tỉnh Phú Yên cịn đang xây dựng nhà máy thủy điện Sơng Ba Hạ với
công suất lớn gấp 3 lần so với nhà máy thủy điện Sông Hinh hiện nay, dự kiến năm
2008 sẽ đi vào hoạt động.
Nhà máy sản xuất axit glutamic đặt tại khu công nghiệp nên các vấn đề về
điện, hơi, nhiên liệu được thành phố đầu tư đáng kể. Nhà máy sẽ sử dụng nguồn
điện, hơi có sẵn tại khu công nghiệp.
1.5. Nguồn cung cấp nước và vấn đề xử lý nước
Hệ thống cấp nước: Nhà máy cấp thoát nước Phú Yên với công suất 28.500
m3/ngày.đêm, phục vụ cho khu vực Thành Phố Tuy Hòa, các vùng lân cận và khu
công nghiệp An Phú. Đồng thời, tỉnh Phú Yên còn xây dựng mới một số nhà máy
cấp nước cho các thị trấn huyện lỵ với công suất khoảng 13.000 m³/ngày đêm.
Nguồn cung cấp nước cho nhà máy từ nước của công ty cung cấp nước thành
phố.
1.6. Giao thông:
Phú Yên rất thuận tiện trong giao thơng: có quốc lộ 1A đi ngang qua, đường

tỉnh lộ 645 và quốc lộ 25 nối với các tỉnh Tây Nguyên; đường sắt Bắc-Nam và Sân
bay Đông Tác.
Hệ thống đường liên thôn, liên xã thông suốt thuận lợi trong việc đi lại. Tất cả
đảm bảo cho việc nhập nguyên liệu và tiêu thụ sản phẩm.

Thiết kế nhà máy sản xuất axit glutamic

[15]

SVTH: Phạm Thị Mộng Sương - 04SH


Đồ án tốt nghiệp

Trang 5

GVHD: TS.Trương Thị Minh Hạnh

1.7. Thoát nước
Nước thải nhà máy sau khi xử lý được đưa ra hệ thống xử lí nước thải riêng
của nhà máy, sau đó đến khu xử lý nước thải chung của khu công nghiệp.
1.8. Nhân công và thị trường tiêu thụ
Dân số Phú Yên là 836.672 người (năm 2003), trong đó thành thị chiếm 20%,
nông thôn chiếm 80%, lực lượng lao động chiếm 71,5% dân số.

[15]

Nhà máy tuyển lao động ở tại Phú Yên và các địa phương lân cận. Với mức
độ đơ thị hố của thành phố hiện nay, lực lượng lao động rất dồi dào nên có thể thuê
nhân công với giá rẻ. Thị trường tiêu thụ được chọn là thị trường cho cả nước.

1.9. Nguồn tiêu thụ sản phẩm
Nguồn tiêu thụ cho sản phẩm ở đây chủ yếu hướng vào các công ty chế biến
dược phẩm, các công ty chế biến thức ăn gia súc, gia cầm và thuỷ hải sản, các công
ty chế biến thực phẩm, các cơng ty sản xuất mỹ phẩm vì đây là các công ty cần một
lượng axit glutamic để phục vụ cho việc sản xuất.
Kết luận: tất cả các điều kiện trên là cở sở thuận lợi, có tính khả thi để xây
dựng nhà máy sản xuất axit glutamic tại khu công nghiệp An Phú của thành phố
Tuy Hoà.

Thiết kế nhà máy sản xuất axit glutamic

SVTH: Phạm Thị Mộng Sương - 04SH


Đồ án tốt nghiệp

Trang 6

GVHD: TS.Trương Thị Minh Hạnh

CHƯƠNG 2
TỔNG QUAN
2.1. Axit glutamic
Axit glutamic là loại axit amin cơ thể có thể tổng hợp được, nó có nhiều trong
các loại thực phẩm như protein thịt động vật, thực vật như cà rốt, rong biển,…
Axit glutamic có cơng thức phân tử: C5 H9NO4
Axit glutamic có trọng lượng phân tử 147,13, bị phân giải ở nhiệt độ 247 ÷
249oC, điểm đẳng điện là pH = 3,22. Có tính chất là hồ tan trong nước, hầu như
không tan trong cồn, ete và một số dung môi.
Axit glutamic phân bổ rộng rãi trong tự nhiên dưới dạng hợp chất và dưới

dạng tự do. Trong sinh vật, đặc biệt là vi sinh vật, axit glutamic được tổng hợp theo
con đường lên men từ nhiều nguồn cacbon.

Hình 2.1 Cấu trúc phân tử axit glutamic [29]

2.2. Các phương pháp để sản xuất axit glutamic
Có nhiều phương pháp để sản xuất axit glutamic bao gồm: phương pháp hóa
học, phương pháp thủy phân, phương pháp kết hợp, phương pháp lên men.
2.2.1. Phương pháp hóa học:
Là phương pháp ứng dụng các phản ứng tổng hợp hóa học để tổng hợp nên
axit glutamic và các amino axit khác từ các khí thải của công nghiệp dầu hỏa hay
các nguồn khác. Phương pháp hóa này chỉ thực hiện được ở những nước có cơng
nghiệp dầu hỏa phát triển và u cầu kỹ thuật cao

Thiết kế nhà máy sản xuất axit glutamic

SVTH: Phạm Thị Mộng Sương - 04SH


Đồ án tốt nghiệp

Trang 7

GVHD: TS.Trương Thị Minh Hạnh

2.2.2. Phương pháp thủy phân:
Là phương pháp sử dụng các tác nhân xúc tác là các hóa chất (axit, kiềm) để
thủy phân nguồn nguyên liệu giàu protit ( khô dầu, khô lạc,…) ra một hỗn hợp các
amino axit, từ đó tách axit glutamic ra. Ưu điểm là áp dụng được vào các cơ sở thủ
công, bán cơ giới và cơ giới dễ dàng. Có nhược điểm là cần sử dụng nguyên liệu

giàu protit hiếm và đắt, cần nhiều hóa chất và thiết bị chống ăn mòn, hiệu suất thấp,
giá thành cao, gây ô nhiễm môi trường.
2.2.3. Phương pháp kết hợp:
Là phương pháp kết hợp giữa tổng hợp hóa học và sinh học. Người ta tạo phản
ứng tổng hợp các chất trung gian. Sau đó, lợi dụng vi sinh vật tiếp tục tạo ra axit
amin. Phương pháp này tuy nhanh nhưng yều cầu kỹ thuật cao, chỉ áp dụng cho
nghiên cứu chứ ít áp dụng vào công nghệ sản xuất.
2.2.4. Phương pháp lên men (sinh tổng hợp)
Đây là phương pháp sử dụng rộng rãi hiện nay để sản xuất axit glutamic.
Nguyên tắc: Dùng chủng vi sinh vật có khả năng tổng hợp ra axit glutamic để
sản xuất.
Ưu điểm: + Nguyên liệu rẻ hơn so với hai phương pháp trên.
+ Ít sử dụng hố chất, thiết bị chống ăn mịn.
+ Hiệu suất q trình rất cao.
+ Có thể sử dụng các loại nguyên liệu khác nhau nhờ vào chủng vi
sinh vật.
Nhược điểm: + Quá trình địi hỏi u cầu kĩ thuật cao và nghiêm ngặt.
+ Đảm bảo vô trùng mới tạo sản phẩm.
Sản xuất axit glutamic bằng phương pháp lên men người ta sử dụng 2 phương
pháp là lên men 2 giai đoạn (gián đoạn) và lên men 1 giai đoạn (trực tiếp).
2.2.4.1. Phương pháp lên men hai giai đoạn
Nguyên tắc của phương pháp này là đầu tiên tạo ra α_Ketoglutaric bằng các kĩ
thuật vi sinh như ni cấy vi sinh vật. Sau đó, chuyển hoá α_Ketoglutaric thành axit
glutamic nhờ enzyme aminotransferase và glutamatdehydrogenase.

Thiết kế nhà máy sản xuất axit glutamic

SVTH: Phạm Thị Mộng Sương - 04SH

Đồ án tốt nghiệp

Trang 8

GVHD: TS.Trương Thị Minh Hạnh

Giai đoạn chuyển từ α_Ketoglutaric thành axit glutamic có thể sử dụng nhiều
chủng khác nhau như Pseudomonas, Xantonomas, Ervinia,Bacillus,Micrococus.
Nhược điểm của phương pháp này là dùng quá nhiều enzyme và axit amin làm
nguồn amin cho phản ứng dây chuyền nên ít được dùng trong công nghiệp.
2.2.4.2. Phương pháp lên men trực tiếp
Nguyên tắc của phương pháp này là sản xuất axit glutamic ngay trong dịch
nuôi cấy bằng một loại vi sinh vật duy nhất. Các sinh vật này đều có hệ enzyme đặc
biệt có thể chuyển tiếp đường và NH3 thành axit glutamic trong môi trường.
Ưu điểm: + Sử dụng đường làm nguyên liệu có hiệu suất cao.
+ Nguyên liệu sử dụng rẻ tiền,dễ kiếm.
+ Nguyên liệu chứa đầy đủ các thành phần dinh dưỡng cho quá trình
lên men.
Từ những năm 50 của thế kỉ XIX, ở Nhật Bản đã chú ý đến phương pháp lên
men trực tiếp axit glutamic và từ đó đến nay sản phẩm này hàng năm vẫn đứng đầu
trong công nghiệp axit amin. Axit glutamic sản xuất chủ yếu ở Nhật Bản, chiếm 50
% sản lượng thế giới, chủ yếu bằng phương pháp lên men trực tiếp.
2.3. Chủng sản xuất axit glutamic
Các chủng Corynebacterium Glutamicum được dùng chủ yếu làm giống nuôi
cấy để sản xuất axit glutamic. Trong số này có các chủng trước đây gọi là
Micrococcus nay cũng được xếp vào giống Corynebacterium. Ngồi ra, trong cơng
nghiệp còn thấy dùng các chủng thuộc Brevibacterium Flavum và Divaricatum.
Các chủng này thiếu enzim α-ketoglutarat-dehydrogenaza, nhưng có hoạt tính
cao của enzim glutamat-dehydrogenaza. Axit glutamic được tổng hợp thừa trong tế
bào và được tiết ra ngồi mơi trường nhờ tính thấm của màng tế bào bị thay đổi.

Tính thấm bị thay đổi vì thiếu biotin, do tác dụng penicilin hay do dẫn xuất của axit
béo. Sự hư hại tính thấm xuất hiện ở nồng độ biotin tối ưu là 2-5µg/l. Cịn nồng độ
biotin tối thích cho sự phát triển của chủng sản khoảng 14 µg/l.
Hiện nay, bằng các phương pháp gây đột biến, người ta đã tạo ra các chủng
mới có nhiều đặc tính quí như chủng đột biến Corynebacterium Glutamicum 490

Thiết kế nhà máy sản xuất axit glutamic

SVTH: Phạm Thị Mộng Sương - 04SH


Đồ án tốt nghiệp

Trang 9

GVHD: TS.Trương Thị Minh Hạnh

(theo phát minh của Liên Xô) tạo được axit glutamic trong môi trường giàu biotin
mà không cần thêm các chất kháng biotin. Ngoài ra người ta đã tạo được một số
chủng đột biến Corynebacterium Glutamicum không bị giới hạn bởi nồng độ biotin.
2.4. Nguyên liệu
Nguyên lệu chính để sản xuất axit glutamic là hydrat cacbon, có thể dùng
glucoza, fructoza, maltoza, saccaroza, rỉ đường, tinh bột,…Ở Việt Nam và nhiều
nước trên thế giới hiện nay sản xuất axit glutamic từ rỉ đường và tinh bột sắn, là hai
nguồn nguyên liệu chủ yếu.
Các chất khống thường được sử dụng trong q trình sản xuất bao gồm:
K2HPO4, MnSO4, MgSO4.,... Nguồn nitơ thường dùng là urê, với tỷ lệ phụ thuộc vào
từng chủng, cũng có thể dùng (NH4)2SO4 ,(NH4)Cl.
2.5. Lên men
Trong sản xuất axit glutamic người ta thường tiến hành lên men theo chu kì, vì

yêu cầu tuyệt đối của quá trình sản xuất. Thời gian lên men phụ thuộc vào hàm
lượng đường có trong mơi trường, vào phương pháp cho đường vào dịch nuôi cấy
một lần hoặc nhiều lần, vào mức độ thơng khí và đặc tính sinh lý của chủng vi sinh
vật ni cấy.
Trong dung dịch, đường thường chiếm khoảng 8-25%. Trong quá trình lên
men, người ta có thể sử dụng nồng độ cao đường ngay từ ban đầu. Nhưng phương
pháp sử dụng đường làm nhiều lần trong suốt thời gian lên men thường cho hiệu
quả cao hơn. Lên men trong 2 ÷ 3 ngày. Nhiệt độ lên men nên duy trì 30-32oC
Thơng khí trong mơi trường có ảnh hưởng rất lớn đến thời gian lên men. Oxy
phải được cung cấp thường xuyên.Trong thực tế sản xuất, chỉ cần điều kiện thống
khí bình thường bằng cách khuấy trộn dịch lên men với cánh khuấy v = 450 v/p.
Sau khi lên men người ta tiến hành cô đặc, kết tinh để thu axit glutamic tinh
thể. Hện nay, người ta thường kết tinh trong thiết bị kết tinh 2 vỏ, kết hợp sử dụng
axit và nước lạnh cho quá trình kết tinh.

Thiết kế nhà máy sản xuất axit glutamic

SVTH: Phạm Thị Mộng Sương - 04SH


Đồ án tốt nghiệp

Trang 10

GVHD: TS.Trương Thị Minh Hạnh

CHƯƠNG 3
CHỌN VÀ THUYẾT MINH QUY TRÌNH SẢN XUẤT
3.1. Chọn phương pháp sản xuất
Có nhiều phương pháp để sản xuất axit glutamic bao gồm: phương pháp hóa

học, phương pháp thủy phân, phương pháp kết hợp, phương pháp lên men. Trong
đó, phương pháp lên men trực tiếp có nhiều ưu điểm nhất. Phương pháp này có
nhiều ưu việt là sử dụng nguyên liệu gluxit, hiệu suất thu hồi cao, giá thành rẻ (như
đã trình bày ở mục 2.2.4.2). Vì vậy, em chọn phương pháp lên men 1 giai đoạn để
sản xuất axit glutamic.
3.2. Chọn chủng vi sinh vật
Theo kết quả nghiên cứu trên thế giới cho
thấy các chủng có khả năng sinh tổng hợp axit
glutamic cao thuộc các loài: Corynebacterium,
Micrococus, Brevibacterium, Corynebacterium,
Arthrobacterium và Microbacterium.
Ở đây, em chọn chủng đột biến
Corynebacterium Glutamicum không bị giới hạn
bởi nồng độ biotin vì giống này có khả năng sinh
tổng hợp axit glutamic cao và không bị khống chế
bởi nồng độ biotin.

Hình 3.1 Chủng Corynebacterium [30]

3.3. Chọn nguyên liệu
Trong các nguyên liệu dùng để sản xuất axit glutamic, thường được sử dụng nhiều
nhất là rỉ đường vì rỉ đường đường có những ưu điểm rất thuận lợi cho sản xuất axit
glutamic như :
- Rỉ đường là nguyên liệu rẻ tiền,dễ kiếm
- Trong rỉ đường có chứa đủ lượng đường cần thiết cho quá trình lên men.
- Rỉ đường có chứa hàm lượng biotin rất cao.

[8]

Trong rỉ đường có tới 60-80% chất khơ, trong đó chủ yếu là đường saccaroza,

đường khử ( glucoza và fructoza).

Thiết kế nhà máy sản xuất axit glutamic

SVTH: Phạm Thị Mộng Sương - 04SH


Đồ án tốt nghiệp

Trang 11

GVHD: TS.Trương Thị Minh Hạnh

Rỉ đường cịn có axit, rượu, axit amin, purin và các vitamin, các chất khống,
các hợp chất có tác dụng kích thích sinh trưởng vi sinh vật như biotin (vitamin H).
Tóm lại, rỉ đường là nguyên liệu quí cho sản xuất axit glutamic.
Một nguyên liệu nữa được dùng phổ biến ở Việt Nam và trên thế giới là tinh
bột sắn. Tinh bột sắn là sản phẩm được chế biến từ củ sắn. Việt Nam hiện là nước
đứng thứ 3 về xuât khẩu tinh bột sắn. Trong tinh bột sắn chứa 83-88% hàm lượng
tinh bột.

[9]

Vì vậy, em chọn rỉ đường và tinh bột sắn là 2 nguồn nguyên liệu chính để sản
xuất axit glutamic.

Hình 3.2. Cây mía và cây sắn

3.4. Qui trình sản xuất axit glutamic
Qua tham khảo qui trình sản xuất bột ngọt của cơng ty Ajinomoto, sách cơng nghệ

sản xuất mì chính của GS.TS Nguyễn Thị Hiền, một số tài liệu trên mạng và các tài liệu
liên quan, em đưa ra qui trình sản xuất axit glutamic như sau:

Thiết kế nhà máy sản xuất axit glutamic

SVTH: Phạm Thị Mộng Sương - 04SH


Đồ án tốt nghiệp

Trang 12

GVHD: TS.Trương Thị Minh Hạnh

Tinh bột sắn

Hịa tan
Lọc cặn bã
Rỉ đường

α-amylaza
Dịch hóa
(pH = 5 ÷ 7, t0 = 90 ÷ 110,
t = 40 phút)

Xử lý rỉ đường
( t0 = 50 ÷ 600C,
t = 40 ÷ 60 h,
pH = 2,2 ÷ 3,5 )

Làm nguội ( t = 60 ÷ 620C)
γ-amylaza

Đường hóa
( t0 = 60 ÷ 620C; pH = 4,2-4,5;
t = 70 h)

Chất khống

Giống

Li tâm

Pha lỗng dịch
đường

Pha chế dịch lên men
( pH = 6,7÷ 6,9)

Ure, dầu lạc

Axit

Thanh trùng, làm nguội
(1250C, 15phút)

Thanh trùng, làm nguội
(1250C, 15phút)

Lên men

(Bx = 10%; pH = 8,0; t0 = 320C)
Lọc trong

Thiết kế nhà máy sản xuất axit glutamic

SVTH: Phạm Thị Mộng Sương - 04SH


Đồ án tốt nghiệp

Trang 13

GVHD: TS.Trương Thị Minh Hạnh

Cô đặc
Tẩy màu

Axit hoá - Kết tinh
Ly tâm

Rửa - Ép lọc

Sấy - Làm nguội
Phân loại

Đóng gói
3.5. Thuyết minh qui trình
3.5.1. Xử lí rỉ đường
Trong rỉ đường chứa lượng các tạp chất, nhất là canxi, các vi sinh vật tạp nhiễm.
Do đó phải loại bỏ chúng. Ngày nay, người ta thường dùng axit H2SO4 để tiến hành quá

trình thủy phân , đồng thời làm kết tủa ion canxi .
Dưới tác dụng của ion canxi, xảy ra các quá trình sau :
C12H12O11 + H2O
Ca2+ + SO42-

2 C6H12O6
CaSO4

Với pH = 2,2 ÷ 3,5; t0 = 50 ÷ 600 C, t = 40 ÷ 60 h.

[2]

Sử dụng thiết bị thủy phân hình trụ, bằng thép như hình 3.1.

Thiết kế nhà máy sản xuất axit glutamic

SVTH: Phạm Thị Mộng Sương - 04SH


Đồ án tốt nghiệp

Trang 14

GVHD: TS.Trương Thị Minh Hạnh

Hình 3.1 Thiết bị thủy phân PZG

[21]

3.5.2. Ly tâm dịch đường từ rỉ đường

Mục đích: Tách dung dịch sau khi thủy phân ra làm hai phần: Phần lỏng và phần
rắn. Phần lỏng gồm glucoza, fructoza được đưa đi thanh trùng để chuyển vào quá trình
lên men.
Phần rắn gồm: CaSO4, K 2SO4, CaK2(SO4) được chuyển đi ly tâm lần 2. Sau li
tâm lần 2, pha lỏng chuyển vào thùng đựng dịch lên men. Phần rắn được loại bỏ.
Phương pháp: Sử dụng máy li tâm nằm ngang như hình 3.2

Hình 3.2 Máy li tâm nằm ngang

[ 10 - Tr 228 ]

1- cơ cấu ngưng máy; 2-cửa tháo; 3- vỏ
4- cống nạp liệu; 5,10 - bệ tựa rơtơ; 6- khoang tháo chất lỏng
7 – Vít tải; 8 – rơtơ xi lanh-nón; 9- khoang để tháo cặn; 11-bộ truyền động
3.5.3. Pha loãng dịch đường sau li tâm
Dịch đường sau li tâm rỉ đường được dùng để bố sung vào quá trình lên men nên
cần được pha loãng đến nồng độ 10 %. Tổng lượng dung dịch đường bổ sung bằng 40%
tổng lượng dịch đem lên men.
Sử dụng thiết bị bằng thép, bên trong có cánh khuấy như hình 3.3.

Thiết kế nhà máy sản xuất axit glutamic

SVTH: Phạm Thị Mộng Sương - 04SH


Đồ án tốt nghiệp

Trang 15

GVHD: TS.Trương Thị Minh Hạnh

Hình 3.3 Thiết bị pha chế

3.5.4. Hịa tan tinh bột
Mục đích: Nhằm làm trương nở các hạt tinh bột, tạo điều kiện thuận lợi dễ
dàng cho quá trình thuỷ phân.
Nồng độ tinh bột hòa tan khoảng 40 %.

[1- tr 149]

Sử dụng thiết bị hồ tan hình trụ, thép khơng rỉ, có cánh khuấy như hình 3.3.
3.5.5. Lọc tinh bột:
Mục đích: Nhằm làm sạch tinh bột trước khi đưa vào thủy phân.
Sử dụng thùng lọc hình trụ, thép khơng rỉ, phía trên có màng lọc bằng thép.
Dung dịch tinh bột được chảy qua màng lọc bằng kim loại, đặt trong thùng lọc.
3.5.6. Dịch hoá tinh bột
Mãi cho đến những năm 60-70 của thế kỉ 20, q trình dịch hóa được thưc hiện
hồn tồn bằng axit. Cho đến khi α - amylaza bền nhiệt được sản xuất, dịch hóa tinh bột
bằng enzym được nghiên cứu và sử dụng trong phần lớn các qui trình cơng nghiệp sản
xuất. Đây là phương pháp có nhiều ưu điểm so với phương pháp thủy phân bằng axit.
Mục đích của dịch hóa là chuyển hệ huyền phù các hạt tinh bột thành dạng dung
dịch hòa tan chứa các dextrin có chiều dài mạch ngắn hơn.
α - amylaza, H2O

(C6H10O5)n

(C6H12O5 )a + (C6H12O5 )b ,với (a +b = m)

Quá trình dịch hóa bằng enzym α - amylaza được tiến hành ở t0 = 90 ÷ 100,
pH = 5 ÷ 7. Tên chế phẩm enzym α - amylaza được sử dụng là Termamyl SC.

[2]

Q trình dịch hóa tiến hành trong thiết bị PZG như hình 3.1.

Thiết kế nhà máy sản xuất axit glutamic

SVTH: Phạm Thị Mộng Sương - 04SH


Đồ án tốt nghiệp

Trang 16

GVHD: TS.Trương Thị Minh Hạnh

3.5.7. Làm nguội
Dịch tinh bột sau khi dịch hóa có nhiệt độ khoảng 90 -110 0 C. Do đó, phải làm
nguội để nhiệt độ dịch tinh bột giảm xuống khoảng 600 C để tiến hành q trình đường
hóa.
Để làm nguội dịch sau dịch hóa, ta dùng thiết bị trao đổi nhiệt (BR0.23) như
hình 3.4

Hình 3.4 Thiết bị trao đổi nhiệt (BR0.23)

[22]

3.5.8. Đường hố tinh bột
Trong giai đoạn đường hóa, dịch thu được sau q trình dịch hóa được tiếp tục
thủy phân tới glucoza. Để q trình đường hóa xảy ra hồn tồn, người ta sử dụng

enzyme γ - amylaza để bổ sung vào, tên chế phẩm enzym được sử dụng là
Dextrozazym GA.

γ

- amylaza

(C6H10O5)a + n H2O

a C6H12O6

Qúa trình đường hóa tiến hành ở điều kiện: t0 = 60 ÷ 620 C, pH = 4,2 ÷ 4,5. [2]
Sau khoảng t = 70 h thì q trình đường hóa kết thúc.
Thiết bị sử dụng cho q trính dịch hóa và đường hóa là nồi 2 vỏ làm bằng
thép khơng gỉ, có thân dạng hình trụ, đáy hình chỏm cầu như hình 3.1

Thiết kế nhà máy sản xuất axit glutamic

SVTH: Phạm Thị Mộng Sương - 04SH


Đồ án tốt nghiệp

Trang 17

GVHD: TS.Trương Thị Minh Hạnh

3.5.9. Pha chế dịch lên men
Mục đích: Phối trộn giữa dịch thuỷ phân tinh bột và các chất khống vào mơi
trường lên men theo bảng sau:

Bảng 3.2 Bảng nồng độ chất khoáng bổ sung vào dịch lên men
Hoá chất

Nồng độ bổ sung

K2HPO4

0,125%

MgSO4
MnSO4

0,075%
0,00275%

KH2PO4
FeSO4
Urê

[7 - Tr 98]

0,125%
0,00525%
1,8%

Điều chỉnh pH đến 6,7÷6,9.
3.5.10. Thanh trùng và làm nguội dịch pha chế
Mục đích: Nhằm vơ trùng mơi trường dinh dưỡng trước khi lên men, tránh
xâm nhiễm của vi sinh vật gây hại và sau đó hạ nhiệt độ đến nhiệt độ của môi
trường dinh dưỡng.

Tiến hành thanh trùng ở 1250C, 15 phút. Sau đó, hạ nhiệt độ xuống còn 320C.
Sử dụng thiết bị thanh trùng bản mỏng. Qúa trình thanh trùng và làm nguội
được thực hiện trong cùng 1 thiết bị.
3.5.11. Nhân giống
Mục đích là tạo ra đủ số lượng giống cần thiết cho quá trình lên men.
Quá trình nhân giống được tiến hành qua các bước sau:
Giống gốc
cấp II

Nhân giống PTN

Nhân giống cấp I

Nhân giống

Nhân giống sản xuất.

Tại phịng thí nghiệm, giống gốc được cấy chuyền sang các ống thạch nghiêng
rồi tiến hành cấy vào các bình tam giác rồi đi lên men trên máy lắc.
Sau đây là một số môi trường nhân giống:

Thiết kế nhà máy sản xuất axit glutamic

SVTH: Phạm Thị Mộng Sương - 04SH


Đồ án tốt nghiệp

Trang 18

GVHD: TS.Trương Thị Minh Hạnh

- Môi trường thạch nghiêng:

[9 - Tr 173]

Pepton:

1%

Cao thịt bị:

1%

NaCl tinh chế:

0,5%

-Mơi trường giống cấp 1:

[9 - Tr 173]

Đường glucoza tinh khiết

2,5%

Rỉ đường

0,25%

Nước chấm

0,32%

MgSO4.7H2O

0,04%

Fe, Mn (đã pha 2000g/l)

0,002%

Urê

0,5%

B1 (đã pha 150g/l)

0,00015%

Chuẩn bị mơi trường: Dùng nước hồ tan các chất cho vào các bình tam giác,
sau đó điều chỉnh pH = 7 ÷ 7,2, sau đó đem đi thanh trùng 20 ÷30 phút, áp lực
1kg/cm2, sau đó để nguội xuống 50 ÷ 60 0C rồi tiến hành đưa các bình tam giác đi
lên men máy lắc 9 đến 12 giờ. Sau đó ni giống trong các bình jar (3l) để sử dụng
cho công đoạn sản xuất giống tiếp theo.
- Môi trường cấp 2:

[9 - Tr 173]

Đường glucoza

2000g

MgSO4

24g

H3PO4

60g

Nước chấm

300ml

Rỉ đường

600g

Urê

480g

Dầu lạc

60ml

B1

20mg

KOH để pH = 9

Thiết kế nhà máy sản xuất axit glutamic

SVTH: Phạm Thị Mộng Sương - 04SH


Đồ án tốt nghiệp

Trang 19

GVHD: TS.Trương Thị Minh Hạnh

- Chuẩn bị mơi trường: Các chất được hồ trộn cùng với nước sau đó thanh
trùng ở 1200C trong thời gian 30 phút.Sau đó làm nguội xuống cịn 32 0C và tiến
hành lên men .
-Tiến hành: Q trình ni giống khống chế ở nhiệt độ 32 0C, áp suất
1kG/cm3 không tiếp urê và dầu như q trình lên men chính, lượng khơng khí cho
vào khoảng: 850 ÷ 1100 lít/giờ, kiểm tra pH 1 giờ 1 lần hoặc lượng khơng khí tăng
dần tính từ giống nhỏ sang lên men chính theo tỉ lệ 1,0 - 0,25 - 0,5l/l.phút: (lít
khơng khí/lít mơi trường /1 phút). Đến giờ thứ 8, 9 là dùng được. Nồng độ giống
là 10g/lít.

[9 - Tr 173]

Sau đây là hình ảnh một số thiết bị nhân giống

Hình 3.6 Các thiết bị nhân giống

[23]

[29]

3.5.12. Lên men
Mục đích: Thơng qua các hoạt động sống
của
vi khuẩn trong những điều kiện thích hợp để
chuyển hố đường và đạm thành axit glutamic.
Quá trình lên men được thực hiện trong thiết bị lên men JRFG như hình 3.7

Hình 3.7 Thiết bị lênmen JRFG

Thiết kế nhà máy sản xuất axit glutamic

SVTH: Phạm Thị Mộng Sương - 04SH

[23]


Đồ án tốt nghiệp

Trang 20

GVHD: TS.Trương Thị Minh Hạnh

Các quá trình chính xảy ra:
Giai đoạn đầu: 8÷12h, giai đoạn này chủ yếu là tăng sinh khối. Các chất có
trong mơi trường thẩm thấu vào tế bào làm cho vi khuẩn lớn lên đạt kích thước cực
đại và bắt đầu sinh sản, phân chia. Những biểu hiện của giai đoạn này là:

Nhiệt độ tăng vừa phải, pH tăng từ 6,5 ÷ 6,7 lên 7,5 ÷ 8 (do bổ sung urê).
Bọt tạo thành tăng dần (do lượng thải CO2).
Hàm lượng axit glutamic chưa có hoặc rất ít.
Giai đoạn giữa: Từ giờ thứ 10,12 đến giờ thứ 24, 26. Đường và đạm vô cơ thể
thẩm thấu qua màng tế bào vi khuẩn và các q trình chuyển hố bởi men và các
phản ứng để tạo axit glutamic trong tế bào. Lượng axit glutamic sinh ra nhiều làm
pH giảm nên phải bổ sung thêm urê để pH = 8.
Giai đoạn cuối: Các quá xảy ra chậm dần cho đến khi hàm lượng đường chỉ
còn dưới 1% thì lên men kết thúc.
Nhiệt độ ln giữ ở 32oC.
Trong quá trình lên men, đường được bổ sung liên tục tới cuối giai đoạn giữa.
Khi bọt nhiều phải tiếp giống để phá bọt tạo điều kiện để CO2 thốt ra.
Xử lý dầu: trong q trình lên men, do hoạt các nấm men của vi khuẩn, thải ra
nhiều CO2, tạo ra nhiều bọt, vì vậy cần phải dùng một lượng dầu thích hợp để phá
bọt.
3.5.13. Lọc trong dịch sau lên men
Mục đích: để loại xác tế bào vi khuẩn sau quá trình lên men.
Dung dịch sau lên men được lọc bằng thiết bị lọc khung bản.

Thiết kế nhà máy sản xuất axit glutamic

SVTH: Phạm Thị Mộng Sương - 04SH


Đồ án tốt nghiệp

Trang 21

GVHD: TS.Trương Thị Minh Hạnh

Hinh 3.8 Máy lọc khung bản

[28]

3.5.14. Cô đặc :
Dịch sau lên men có nồng độ axit glutamic khoảng 17 %, sẽ đưa qua hệ thống
cơ đặc chân

khơng để tạo dung

dịch

glutamic có nồng

độ

axit
khoảng

30%

Sử

dụng thiết bị cơ

đặc chân

khơng như hình

3.9

Thiết kế nhà máy sản xuất axit glutamic

SVTH: Phạm Thị Mộng Sương - 04SH


Đồ án tốt nghiệp

Trang 22

GVHD: TS.Trương Thị Minh Hạnh

Hình 3.9 Thiết bị cô đặc SJN2-3000

[16]

3.5.15. Tẩy màu
Dịch sau cô đặc cịn lẫn các hợp chất hữu cơ có màu vàng, vì vậy cần cho
dung dịch axit glutamic chảy qua cột than hoạt tính để hấp thụ hết các màu và mùi.
3.5.16. Axit hóa - Kết tinh:
Mục đích: chuyển axit glutamic từ pha lỏng sang pha rắn tinh thể.
Axit hóa axit glutamic: Toàn bộ dung axit glutamic thu được trên được đưa về
thùng kết tinh. Cho cánh khuấy hoạt động liên tục để ngăn ngừa axit glutamic kết
tủa quá sớm, kết tinh nhỏ và hiệu quả thấp. Cho HCl 98% vào để tạo điểm đẳng
điện ở PH = 3,22 thì thơi và bắt đầu làm lạnh.
Làm lạnh và kết tinh: dịch axit glutamic sau khi đạt pH đẳng điện thì cho
nước lạnh khoảng 5 0C vào vỏ thùng và làm lạnh. Trong quá trình này cánh khuấy
hoạt động liên tục làm cho axit glutamic kết tinh xốp và tơi, sau ít nhất 48 giờ thì
quá trình kết tinh kết thúc.
Dung dịch sau cơ đặc được axit hố bằng H2SO4 98% để hạ pH xuống 3,22.

Sau đó, cho nước lạnh vào vỏ thùng kết tinh, hạ nhiệt độ 50C để kết tinh.
Sử dụng thiết bị kết tinh 2 vỏ như hình 3.10

Thiết kế nhà máy sản xuất axit glutamic

SVTH: Phạm Thị Mộng Sương - 04SH


Đồ án tốt nghiệp

Trang 23

GVHD: TS.Trương Thị Minh Hạnh

Hình 3.10 Thiết bị kết tinh

[17]

3.5.17. Ly tâm :
Mục đích tách pha rắn và lỏng :
- Pha rắn: gồm axit glutamic đã kết tinh và lắng xuống, thu được axit
glutamic ẩm.
- Pha lỏng: gồm nước và một ít axit glutamic khơng kết tinh hịa tan vào ta
gọi đó là nước cái. Phần nước cái đưa đi kết tinh lại.
Thiết bị: Dùng máy ly tâm SGZ1250 như hình 3.11.

Hình 3.11 Máy li tâm SGZ1250

[23]

3.5.18. Rửa - Ép lọc:
Tinh thể sau khi ly tâm cịn ẩm và có bám màu nâu nên cần được làm sạch
bằng quá trình ép lọc.
Để ép lọc, sử dụng thiết bị ép lọc DY-3000 như hình 3.12

Thiết kế nhà máy sản xuất axit glutamic

SVTH: Phạm Thị Mộng Sương - 04SH


Đồ án tốt nghiệp

Trang 24

GVHD: TS.Trương Thị Minh Hạnh

Hình 3.12. Thiết bị ép lọc DY-30000 [18]

3.5.19. Sấy.
Axit glutamic hút ẩm rất nhanh nên sau ly tâm phải sấy ngay.
Độ ẩm axit glutamic sau khi sấy: 0,5-1%.
Thiết bị: sử dụng máy sấy tầng sơi GFG-120 như hình 3.12.

Hình 3.12 Máy sấy GFG-120

[19]

3.5.20. Phân loại
Axit glutamic sau khi sấy được cho qua sàng rung phân loại để phân loại hạt
trước khi đưa vào đóng gói.

Sử dụng thiết bị sàn rung phân loại XZS 800 như hình 3.13

Thiết kế nhà máy sản xuất axit glutamic

SVTH: Phạm Thị Mộng Sương - 04SH


Đồ án tốt nghiệp

Trang 25

GVHD: TS.Trương Thị Minh Hạnh

Hình 3.13 Thiết bị phân loại XZS 800

[24]

3.5.21. Đóng gói, bảo quản
Axit glutamic sau khi làm nguội được đưa vào máy đóng gói trong các túi 0,5
kg. Ở giữa túi có ghi nhãn hiệu, khối tịnh lượng, ngày sản xuất, hạn sử dụng và cách
sử dụng. Các túi axit glutamic nhỏ 0,5kg được bọc trong 1 túi lớn khoảng 10 kg
được bọc bằng giấy chống ẩm và đóng hộp carton tơng đưa qua nhập kho.

CHƯƠNG IV
TÍNH CÂN BẰNG VẬT CHẤT
4.1. Chọn các số liệu ban đầu
Năng suất của nhà máy: 14 tấn sản phẩm/ngày.

Thiết kế nhà máy sản xuất axit glutamic

SVTH: Phạm Thị Mộng Sương - 04SH