Thiết kế nhà máy sản xuất chế phẩm enzyme cellulase từ vỏ lụa sắn theo phương pháp bề mặt

Đồ án tốt nghiệp Năm 2009
MỞ ĐẦU
Enzyme là chất xúc tác sinh học có hoạt lực cao, có phân tử lượng lớn từ 20.000 đến
1.000.000 dalton. Enzyme có thể hòa tan trong nước và dung dịch muối loãng và có mặt trong tất
cả các cơ thể sinh vật sống.
Enzyme là những chất không thể điều chế được bằng phương pháp tổng hợp hóa học.
Người ta thường thu nhận chúng từ nguồn tế bào động vật, thực vật hoặc vi sinh vật. Với những
ưu điểm vượt trội - tốc độ sinh trưởng nhanh, hệ enzyme phong phú và có hoạt tính cao, môi
trường nuôi cấy rẻ tiền, dễ kiếm, vi sinh vật đã trở thành nguồn nguyên liệu thu enzyme chủ yếu
thu hút được nhiều quan tâm của các nhà nghiên cứu và sản xuất.
Enzyme được ứng dụng rộng rãi và phổ biến trong ngành công nghiệp thực phẩm như công
nghệ sản xuất bia, sữa, phomai, bánh nướng… Ngoài ra enzyme còn đóng vai trò quan trọng trong
các ngành công nghiệp khác như công nghiệp dệt, nhuộm, sản xuất giấy và bột giấy, trong công
nghiệp thuộc da, bột giặt và các chất tẩy rửa, đặc biệt trong công nghiệp dược phẩm và y tế… Qua
đó cho thấy enzyme đóng vai trò quan trọng trong cuộc sống hằng ngày của con người. Vì vậy,
yêu cầu phát triển ngành công nghiệp enzyme là hết sức cần thiết.
Mặt khác, hàng năm các nhà máy chế biến tinh bột sắn thải ra hàng trăm ngàn tấn bã thải.
Theo ước tính, một nhà máy chế biến có công suất 30-100 tấn/ngày thì sẽ sản xuất được 7,5 - 25
tấn tinh bột, kèm theo đó là khối lượng lớn vỏ lụa sắn. Lượng vỏ lụa này hiện nay vẫn chưa được
xử lý riêng rẽ gây mùi hôi thối, ô nhiễm môi trường cho cộng đồng dân cư sống quanh khu vực
nhà máy chế biến tinh bột sắn. Chính vì vậy cần có phương pháp xử lí để giảm thiểu độ ô nhiễm
đồng thời tạo ra những sản phẩm có giá trị, nâng cao hiệu quả sử dụng nguyên liệu.
Xuất phát từ thực tế đo, ý tưởng sử dụng vỏ lụa sắn – thành phần chứa hàm lượng
cellulose rất cao, làm môi trường nuôi cấy vi sinh vật để sản xuất cellulase có nhiều ưu điểm. Nó
không chỉ góp phần tạo ra nguồn enzyme mang lại nhiều ứng dụng trong cuộc sống hằng ngày
của con người mà còn góp phần giải quyết tình trạng ô nhiễm môi trường của các nhà máy tinh
bột sắn.
Với những lập luận trên, tôi tiến hành thực hiện đề tài: “Thiết kế nhà máy sản xuất chế
phẩm enzyme cellulase từ vỏ lụa sắn theo phương pháp bề mặt”.
Đề tài: Thiết kế nhà máy sản xuất chế phẩm enzyme Cellulase
SVTH: Lê Trung Nghĩa – Lớp 04SH GVHD: ThS. Nguyễn Thị Lan

-1-
Đồ án tốt nghiệp Năm 2009
Chương 1 LẬP LUẬN KINH TẾ KỸ THUẬT

Enzyme – chất xúc tác sinh học có tính chất chọn lọc và đặc hiệu cao, đóng
vai trò quan trọng trong các quá trình vận chuyển trao đổi chất trong sự sống của
sinh vật.
Từ xưa con người đã biết sử dụng men để sản xuất ra một số sản phẩm thực
phẩm, tinh chế được men từ thóc nảy nầm hoặc một số loài vi sinh vật đặc biệt.
Ngày nay, enzyme giữ một vai trò quan trọng trong các ngành công nghiệp khác
nhau như: rượu, bia, nước giải khát lên men, các nghành chế biến thực phẩm khác.
Trong công nghiệp sản xuất rượu từ tinh bột, enzyme sản xuất từ nấm mốc đã
thay thế hoàn toàn enzyme của đại mạch nẩy mầm.
1.1. Sự cần thiết phải đầu tư:
Enzyme celluase được sử dụng nhiều trong công nghiệp, chăn nuôi Nhưng
lượng enzyme chiết từ tự nhiên không đủ để sử dụng. Hơn nữa hàng ngày nhà
máy tinh bột sắn thải ra môi trường một lượng lớn vỏ lụa sắn, lượng vỏ lụa
sắn này nếu không được xử lý sẽ làm ô nhiễm môi trường. Vì vậy đầu tư cho
xây dựng một nhà máy sản xuất chế phẩm enzyme cellulase là cần thiết vì sẽ
vừa cung cấp chế phẩm enzyme cho công nghiệp, vừa xử lý được lượng chất
thải của nhà máy tinh bột sắn.
1.2. Đặc điểm tự nhiên:
Khí hậu Quảng Nam chia ra làm hai mùa nắng và mưa. Mùa nắng từ tháng 1
đến tháng 8, mùa mưa từ tháng 9 đến tháng 12, nhiệt độ trung bình là 26
o
C ÷ 28
o
C,
độ ẩm trung bình 80 ÷ 84%, hướng gió chủ yếu là đông – nam.
1.3. Nguồn cung cấp nguyên liệu:

Lấy nguồn nguyên liệu chủ yếu từ các nguồn phế thải của nhà máy sản xuất
tinh bột sắn Quảng Nam (nay chuyển thành Công ty cổ phần Fococev Quảng Nam)
có thể cung cấp đủ nguồn nguyên liệu cho phân xưởng sản xuất quanh năm. Năm
1988, UBND tỉnh Quảng Nam cho xây dựng nhà máy tinh bột sắn tại thôn 1, xã
Quế Cường, huyện Quế Sơn.
Đề tài: Thiết kế nhà máy sản xuất chế phẩm enzyme Cellulase
SVTH: Lê Trung Nghĩa – Lớp 04SH GVHD: ThS. Nguyễn Thị Lan
-2-
Đồ án tốt nghiệp Năm 2009
1.4. Hợp tác hoá:
Nhà máy sản xuất enzyme được đặt trong khu kinh tế mở Chu Lai nên quá
trình hợp tác hoá được tiến hành chặt chẽ. Do đó việc sử dụng những công trình
chung như: điện, nước, giao thông, …được tiến hành thuận lợi và giảm bớt chi phí
đầu tư cho xây dựng.
1.5. Nguồn cung cấp điện:
Nhà máy sử dụng nguồn điện cung cấp từ lưới điện của khu công nghiệp.
1.6. Nguồn cung cấp hơi:
Nhiên liệu chủ yếu là dầu FO dùng đốt nóng lò hơi của nhà máy. Nhà máy sử
dụng hơi từ phân xưởng hơi của nhà máy.
1.7. Nguồn cung cấp nước và vấn đề xử lý nước thải:
Nguồn nước dùng trong sản xuất là nguồn nước của thành phố.
Nước thải được chuyển vào hệ thống xử lý nước thải chung của nhà máy rồi
sau đó chuyển ra nguồn nước thải của thành phố.
1.8. Năng suất của phân xưởng:
- Năng suất enzyme thô đạt 5 triệu kg sản phẩm/năm.
- Tỷ lệ chế phẩm cho dây chuyền sản xuất sản phẩm enzyme thô là 60%.
- Tỷ lệ chế phẩm cho dây chuyền sản xuất sản phẩm enzyme kỹ thuật là 40%.
Đề tài: Thiết kế nhà máy sản xuất chế phẩm enzyme Cellulase
SVTH: Lê Trung Nghĩa – Lớp 04SH GVHD: ThS. Nguyễn Thị Lan
-3-

Đồ án tốt nghiệp Năm 2009
Chương 2 GIỚI THIỆU VỀ ENZYME CELLULASE
VÀ NGUYÊN LIỆU
2.1. Cellulose:
2.1.1. Giới thiệu chung:
Cellulose – (C
6
H
10
O
5
)
n
– là một loại polyxacarit chủ yếu trong xác thực vật
(chiếm tới 50 ÷ 80% trọng lượng khô). Lượng cellulose có trên hành tinh này có thể
chiếm tới 3,500 tỷ tấn.
Hợp chất cao phân tử này cấu tạo bởi hàng trăm, hàng nghìn gốc β-D-
glucopyranoza, liên kết với nhau bằng dây nối 1,4-glucozit. Trọng lượng phân tử của
cellulose thay đổi tuỳ theo loài thực vật, thường vào khoảng 50.000 ÷ 400.000 Da.
Cellulose là loại hợp chất rất bền vững, chúng hầu như không bị hoà tan
trong bất kỳ loại dung môi nào (trừ dung dịch amonic của muối đồng). Phần lớn
cellulose trong thức ăn của thực vật không được cơ thể người hấp thụ, chúng chỉ có
tác dụng cơ học trong việc lôi cuốn các chất cặn bã trong đường tiêu hoá. Động vật
ăn cỏ sở dĩ hấp thụ được cellulose là nhờ trong dạ dày có tồn tại một khối lượng lớn
các vi khuẩn có khả năng phân giải cellulose (mỗi cm
3
ở dạ cỏ của dạ dày bò 15 ÷
20 tỷ vi sinh vật). Trong đất, trong bùn, trong phân chuồng có rất nhiều loại vi sinh
vật có khả năng phân giải cellulose, chúng góp phần quan trọng vào việc đảm bảo
vòng tuần hoàn carbon trong tự nhiên.

2.1.2. Tính chất vật lý của cellulose:
+ Cellulose không tan trong nước mà chỉ có thể bị phồng lên do hấp thụ nước.
2.1.3. Tính chất sinh học của cellulose:
+ Cellulose bị phân huỷ ở nhiệt độ bình thường hoặc ở nhiệt độ 40
÷
50
0
C nhờ
các enzyme phân huỷ cellulose được gọi chung là cellulase. Cellulose bị phân huỷ
khi đun nóng với acid hoặc với kiềm ở nồng độ khá cao.
+ Trong tế bào thực vật, cellulose liên kết chặt chẽ với hemicellulose, pectin,
lignin. Điều này ảnh hưởng rất nhiều đến sự phân huỷ cellulose của enzyme.
Đề tài: Thiết kế nhà máy sản xuất chế phẩm enzyme Cellulase
SVTH: Lê Trung Nghĩa – Lớp 04SH GVHD: ThS. Nguyễn Thị Lan
-4-
Đồ án tốt nghiệp Năm 2009
Hình 2.1. Cấu trúc phân tử cellulose
2.1.4. Một số lưu ý trong sinh tổng hợp enzyme cellulase:
- Nhiều nhà nghiên cứu cho biết cellulose là nguồn cơ chất thích hợp nhất đối
với sự tổng hợp cellulase. Rõ ràng đây là sự tổng hợp mang tính chất cảm ứng mà
cellulose là “chất cảm ứng”. Do đó nồng độ của nó trong môi trường nuôi sẽ có ảnh
hưởng lớn đến năng suất của quá trình nuôi cấy.
- Một số chất có tác dụng ức chế sinh tổng hợp cellulase như glucose, succinat,
citrat, các sản phẩm trung gian của chu trình kreb….
- Cao nấm men, cao bắp, pepton có thể là chất tăng sinh tổng hợp cellulase ở một số
chủng vi sinh vật. Một số acid amin như: aspartic, valin…tăng cường tổng hợp cellulase.
- Nguyên tố vi lượng cần thiết cho sự tổng hợp cellulase như: Fe, Mn, Zn, Co,
….pH thích hợp cho tổng hợp cho đa số nấm tích tụ cellulase là 4,6. Nhiệt độ thích
hợp cho tổng hợp cellulase là 28
÷

30
o
C. Đa số cellulose chịu nhiệt độ cao, enzyme
chịu được 90
÷
100
0
C trong vài phút như cellulose của Tricoderma viride, khi nâng
lên 100
0
C/5 phút hoạt tính vẫn giữ được 96%.
2.2. Thành phần môi trường nuôi cấy vi sinh vật cellulase: (15)
2.2.1. Nguồn Cacbon:
Theo lý thuyết sinh tổng hợp của enzyme cảm ứng, trong môi trường nuôi cấy vi sinh
vật sinh cellulase nhất thiết phải có cellulose là chất cảm ứng và là nguồn cacbon.
Đề tài: Thiết kế nhà máy sản xuất chế phẩm enzyme Cellulase
SVTH: Lê Trung Nghĩa – Lớp 04SH GVHD: ThS. Nguyễn Thị Lan
-5-
Đồ án tốt nghiệp Năm 2009
Những nguồn cellulose có thể là vỏ sắn, giấy lọc, bông, bột cellulose, lõi ngô,
cám, mùn cưa, bã củ cải, rơm, than bùn… Trichoderma lignorum và Tr.koningi
nuôi trên môi trường có nguồn cacbon là giấy lọc cho hoạt tính enzyme cao nhất.
Kết quả cũng tương tự như vậy khi nuôi Myrothecium verrucaria trên môi trường
có giấy lọc và lõi ngô, bã củ cải.
Chất cảm ứng của enzyme cellulase còn là cellobiosooctacetat, cám mì, lactose
salicyl. Đối với Stachybotrit atra nguồn cacbon tốt nhất để sinh tổng hợp cellulase
là tinh bột (1%).
Các nguồn cacbon khác (glucose, cellobiose, acetat, citrat, oxalat, xuccinat, và
những sản phẩm trung gian của vòng krebs) có tác dụng kiềm hãm sinh tổng hợp
cellulase. Song, trong môi trường với nồng độ glucose rất ít tác dụng kích thích vi

sinh vật phát triển tạo thành enzyme. Glycerin chỉ có tác dụng kích thích vi sinh vật
sinh trưởng và phát triển, không cảm ứng tổng hợp enzyme.
2.2.2. Nguồn Nito:
Các nguồn nitơ vô cơ thích hợp nhất đối với các sinh vật sinh cellulase là muối
nitrat. Đối với các giống của bộ nấm bông (Hyphomycetates) nguồn nitơ tốt nhất lại
là (NH
4
)
2
HPO
4
. Nói chung các muối amon ít tác dụng nâng cao hoạt lực enzyme
này, thậm chí còn ức chế quá trình tổng hợp, vì rằng môi trường trong các muối này
làm cho môi trường acid hóa. Điều này không những ức chế trong quá trình sinh
tổng hợp enzyme mà còn có thể làm mất hoạt tính enzyme sau khi tạo thành.
Natri nitrat làm cho môi trường kiềm hóa, tạo điều kiện thuận lợi cho sự tạo
thành cellulase. Các hợp chất nitơ hữu cơ có tác dụng khác nhau đến sinh tổng hợp
cellulase. Điều này phụ thuộc vào điều kiện sinh lý của từng chủng giống. Cao ngô
và cao nấm men có tác dụng nâng cao hoạt lực cellulase của vi sinh vật, nhưng với
cao ngô khả năng sinh tổng hợp C
1
– và C
2
– cellulase cao hơn so với cao nấm men.
2.2.1. Nguồn khoáng chất:
Những nguyên tố khoáng (Fe, Mn, Zn, B, Mo, Cu,…) có ảnh hưởng rõ rệt đến
khả năng tổng hợp cellulase của vi sinh vật Zn, Mn, Fe có tác dụng kích thích tạo
Đề tài: Thiết kế nhà máy sản xuất chế phẩm enzyme Cellulase
SVTH: Lê Trung Nghĩa – Lớp 04SH GVHD: ThS. Nguyễn Thị Lan
-6-

Đồ án tốt nghiệp Năm 2009
thành enzyme này ở nhiều chủng. Nồng độ tối thích của Zn là 0,11 – 22 mg/l, sắt 2
– 10 mg/l, Mn: 3,4 – 27,2 mg/l.
2.2.1. Chất kích thích sinh trưởng:
Biotin và tiamin trong môi trường dinh dưỡng không có ảnh hưởng đến sinh
tổng hợp enzyme này.
2.3. Vi sinh vật phân giải cellulose:
2.3.1. Cơ chế phản ứng:
Có thể chia quá trình phân huỷ cellulose thành 2 giai đoạn:
+ Giai đoạn 1: là sự thuỷ phân cellulose thành celobiose dưới tác dụng của
enzyme cellulase, ngoài ra còn tạo một lượng đường glucose.
Phương trình phản ứng: (C
6
H
10
O
5
)
n
+ n/2H
2
→ n/2 C
12
H
12
O
11
n/2 C
12
H

12
O
11
+ n/2H
2
→ n C
6
H
10
O
5
+ Giai đoạn 2: là sự oxy hoá các đường đơn thành CO
2
và H
2
O.
Phương trình phản ứng:
C
6
H
10
O
6
+ O
2
→ RCHOH-COOH + CO
2
+ H
2
O +Q

RCHOH-COOH + O
2
→ CO
2
+ H
2
O + Q
Sự phân giải hiếu khí cenllulose luôn luôn xảy ra trong tự nhiên và có ý
nghĩa to lớn trong quá trình vô cơ hoá những xác thực vật. Những sản phẩm trung
gian hình thành trong quá trình này là nguồn thức ăn tốt cho các vi khuẩn cố định
Nitơ. Do đó nơi nào có nhiều phân hữu cơ thì vi khuẩn cố định Nitơ sẽ phát triển
mạnh và cố định được nhiều Nitơ làm cho đất phì nhiều hơn.
2.3.2. Vi khuẩn:
Trong điều kiện hiếu khí, có rất nhiều vi khuẩn có khả năng phân huỷ
cellulose nhờ vào hệ enzyme cellulose của chúng. Cellulase là một phức hệ enzyme
thuỷ phân cellulose tạo ra các đường đủ nhỏ để đi qua vách tế bào vi khuẩn. Ở một
số vi khuẩn, enzyme oxy hoá khử và enzyme phân huỷ protein cũng tham gia vào
quá trình trên. Một số loài vi khuẩn tiêu biểu có khả năng phân huỷ cellulose trong
điều kiện hiếu khí: Acetobacter xilinum, Achromabacter, Bacilluus subtilis,
Celvibrio fulvus, Cytophaga, Cellulomonas biazotea, Cellulomonas. fini,
Đề tài: Thiết kế nhà máy sản xuất chế phẩm enzyme Cellulase
SVTH: Lê Trung Nghĩa – Lớp 04SH GVHD: ThS. Nguyễn Thị Lan
-7-
Đồ án tốt nghiệp Năm 2009
Cellulomonas. flavigena, Promyxobacterium, Psudomonas fluorescens var
cellulose…(16)
2.3.3. Niêm vi khuẩn: (17)
Trong điều kiện hiếu khí, các vi sinh vật tham gia vào việc thuỷ phân cellulose
gồm niêm vi khuẩn, một số đại diện của các vi khuẩn sinh bào tử và không sinh
bào tử, xạ khuẩn, nấm. Trong số này thì các loại niêm vi khuẩn là quan trọng hơn

cả.
Niêm vi khuẩn phân huỷ cellulose chủ yếu được tìm thấy trong các giống
Cytophaga, Sporocytophaga và Soran-gium. Chúng sống trong các loại đất ít acid,
trung tính và ít kiềm.
Trên bờ mặt các vật liệu chứa cellulose, niêm vi khuẩn phát triển trong dạng thể
nhầy không có hình dạng xác định, lan rộng, vô màu, màu vàng, da cam, hoặc đỏ. Tế bào
của niêm vi khuẩn bám sát vào sợi cellulose và chỉ thuỷ phân chúng khi bám sát vào
chúng, khuẩn lạc của niêm vi khuẩn được tạo thành trên các môi trường thạch.
Niêm vi khuẩn có thể sử dụng nguồn carbon không chỉ cellulose mà còn cả
các nguồn hydrat carbon khác như tinh bột chẳng hạn. Tuy nhiên, các loài của giống
Cytophaga và Sporocytophaga ưa thích cellulose hơn cả. Nitrat là nguồn nitrogen
tốt đối với niêm vi khuẩn. Niêm vi khuẩn nhận được năng lượng khi oxy hoá các
sản phẩm của sự phân giải cellulose thành CO
2
và H
2
O.
2.3.4. Xạ khuẩn: (18)
Xạ khuẩn là nhóm vi sinh vật có khả năng phân huỷ các hợp chất hữu cơ cao
phân tử như cellulose, lignin…có trong bã thực vật để tạo thành các hợp chất trung
gian, tổng hợp các chất mùn.
Xạ khuẩn là một nhóm vi sinh vật đơn bào, chúng phân bố rộng rãi trong tự
nhiên, thậm chí trên những cơ chất mà vi khuẩn và nấm mốc không phát triển được.
Xạ khuẩn tham gia tích cực vào các quá trình chuyển hoá nhiều hợp chất hữu
cơ trong tự nhiên. Chúng sinh sản ra chất kháng sinh từ acid amin tạo thành trong
quá trình trao đổi chất của vi khuẩn quang hợp và các chất hữu cơ. Các chất kháng
sinh này tiêu diệt vi khuẩn và nấm gây hại. Ngoài ra, xạ khuẩn còn có khả năng sinh
Đề tài: Thiết kế nhà máy sản xuất chế phẩm enzyme Cellulase
SVTH: Lê Trung Nghĩa – Lớp 04SH GVHD: ThS. Nguyễn Thị Lan
-8-

Đồ án tốt nghiệp Năm 2009
ra hàng loạt các hợp chất hữu cơ có giá trị như vitamin nhóm B, các acid hữu cơ,
các loại enzyme như cellulasse….
Khả năng phân giải cellulose của xạ khuẩn đã được nghiên cứu nhiều.
Harmsen (1964) chia xạ khuẩn phân huỷ cellulose ra làm ba nhóm A, B và C.
Nhóm B và C phân huỷ cellulose rất mạnh mẽ. Theo khoá phân loại của Waksman
(1961) thì nhóm A thuộc loại nhóm albo-fravus và nhóm fradii-asteroides, và nhóm
C gồm các loài thuộc nhóm albo-lateus, nhóm B thuộc các loài Act. diastaticus,
Act. lipmanii. Theo Krasilnikov (1949) thì các loài xạ khuẩn phân giải cellulose có
thể xếp hạng theo mức độ phân giải từ mạnh xuống yếu như sau:
+ Loài 1: Act. coelicolor, Act. sulfureus, Act. aureus, Act. cellulosae,
Act. verne, Act. glaucus, Act. candidus, Act. diaslaticus, Act. chroleucus, Act.
chromogenes.
+ Loài 2: Act. hydroscopicus, Act. griseoflavus, Act. ochroleucus,
Act. loidensis, Act. viridans, Act. griseolus.
+ Loài 3: Act. themofuscus, Act. xanthostromus.
+ Loài 4: Act. flavochromogenes, Act. bovis, Act. sampsonii.
2.4. Phương pháp nuôi cấy bề mặt: (15)
Nuôi cấy nấm mốc và một số vi khuẩn theo phương pháp bề mặt để sản xuất
enzyme thường dùng môi trường rắn, đôi khi dùng môi trường lỏng.
Môi trường rắn thường là các nguyên liệu tự nhiên: cám mì, cám gạo, ngô mảnh,
bột đậu tương,… Môi trường lỏng thường là các dịch rỉ đường, dịch thủy phân từ
thóc mầm, nước bã rượu… có thêm muối khoáng. Môi trường lỏng ít dùng để nuôi
cấy nấm mốc theo phương pháp này.
- Ưu điểm của phương pháp này:
+ Nuôi bề mặt rất dễ thực hiện, qui trình công nghệ không phức tạp.
+ Lượng enzyme được tạo thành từ nuôi cấy bề mặt thường cao hơn rất nhiều
so với nuôi cấy chìm.
+ Chế phẩm enzyme thô sau khi thu nhận rất dễ sấy khô và bảo quản.
Đề tài: Thiết kế nhà máy sản xuất chế phẩm enzyme Cellulase

SVTH: Lê Trung Nghĩa – Lớp 04SH GVHD: ThS. Nguyễn Thị Lan
-9-
Đồ án tốt nghiệp Năm 2009
+ Nuôi cấy bề mặt không cần sử dụng nhiều thiết bị phức tạp, do đó việc vận
hành công nghệ cũng như đầu tư ban đầu vừa đơn giản vừa không tốn kém.
+ Trong trường hợp bị nhiễm vi sinh vật lạ rất dễ xử lý.
- Tuy nhiên phương pháp này có những nhược điểm:
+ Chỉ có thể nuôi cấy gián đoạn.
+ Tốn nhiều diện tích cho quá trình nuôi cấy.
2.5. Sắn và vỏ lụa sắn:
2.5.1. Tình hình cây sắn: (20)
- Sản xuất và tiêu thụ sắn trên thế giới: Sản lượng sắn thế giới đang tăng, cụ
thể là năm 2006 đạt 226,34 triệu tấn củ tươi so với 2005/06 là 211,26 triệu tấn và
1961 là 71,26 triệu tấn. Nước có sản lượng sắn nhiều nhất thế giới là Nigeria (45,72
triệu tấn), kế đến là Thái Lan (22,58 triệu tấn) và Indonesia (19,92 triệu tấn). Việt
Nam đứng thứ mười trên thế giới về sản lượng sắn (7,71 triệu tấn). Nước có năng
suất sắn cao nhất hiện nay là Ấn Độ (31,43 tấn/ha), kế đến là Thái Lan (21,09
tấn/ha), so với năng suất sắn bình quân của thế giới là 12,16 tấn/ha (FAO, 2008).
Mức tiêu thụ sắn bình quân toàn thế giới khoảng 18 kg/người/năm. Sản lượng sắn
của thế giới được tiêu dùng trong nước khoảng 85% (lương thực 58%, thức ăn gia súc
28%, chế biến công nghiệp 3%, hao hụt 11 %), còn lại 15% (gần 30 triệu tấn) được xuất
khẩu dưới dạng sắn lát khô, sắn viên và tinh bột (CIAT, 1993). Nhu cầu sắn làm thức ăn
gia súc trên toàn cầu đang giữ mức độ ổn định trong năm 2006 (FAO, 2007).
- Sản xuất và tiêu thụ sắn tại Việt Nam:
+ Ở Việt Nam, sắn là cây lương thực, thức ăn gia súc quan trọng sau lúa và
ngô. Năm 2005, cây sắn có diện tích thu hoạch 432 nghìn ha, năng suất 15,35 tấn/ha,
sản lượng 6,6 triệu tấn, so với cây lúa có diện tích 7.326 ha, năng suất 4,88 tấn/ha, sản
lượng 35,8 triệu tấn, cây ngô có diện tích 995 ha, năng suất 3,51 tấn/ha, sản lượng gần
một triệu tấn (FAO, 2007). Cây sắn là nguồn thu nhập quan trọng của các hộ nông dân
nghèo do sắn dễ trồng, ít kén đất, ít vốn đầu tư, phù hợp sinh thái và điều kiện kinh tế

nông hộ. Sắn chủ yếu dùng để bán (48,6%) kế đến dùng làm thức ăn gia súc (22,4%),
chế biến thủ công (16,8%), chỉ có 12,2% dùng tiêu thụ tươi.
Đề tài: Thiết kế nhà máy sản xuất chế phẩm enzyme Cellulase
SVTH: Lê Trung Nghĩa – Lớp 04SH GVHD: ThS. Nguyễn Thị Lan
-10-
Đồ án tốt nghiệp Năm 2009
+ Sắn cũng là cây công nghiệp có giá trị xuất khẩu và tiêu thụ trong nước.
Sắn là nguyên liệu chính để chế biến bột ngọt, bio - ethanol, mì ăn liền, bánh kẹo,
siro, nước giải khát, bao bì, ván ép, phụ gia dược phẩm, màng phủ sinh học và chất
giữ ẩm cho đất.
+ Toàn quốc hiện có trên 60 nhà máy chế biến tinh bột sắn với tổng công
suất khoảng 3,8 triệu tấn củ tươi/năm và nhiều cơ sở chế biến sắn thủ công rãi rác
tại hầu hết các tỉnh trồng sắn. Việt Nam hiện sản xuất mỗi năm khoảng 800.000 –
1.200.000 tấn tinh bột sắn, trong đó trên 70% xuất khẩu và gần 30% tiêu thụ trong
nước. Sản phẩm sắn xuất khẩu của Việt Nam chủ yếu là tinh bột, sắn lát và bột sắn.
Thị trường chính là Trung Quốc, Đài Loan, Nhật Bản, Singapo, Hàn Quốc. Đầu tư
nhà máy chế biến bio - etanol là một hướng lớn triển vọng.
+ Sản xuất lương thực là ngành trọng tâm và có thế mạnh của Việt Nam tầm
nhìn đến năm 2020. Chính phủ Việt Nam chủ trương đẩy mạnh sản xuất lúa, ngô và
coi trọng việc sản xuất sắn, khoai lang ở những vùng, những vụ có điều kiện phát
triển. Thị trường xuất khẩu sắn lát và tinh bột sắn Việt Nam dự báo thuận lợi và có
lợi thế cạnh tranh cao do có nhu cầu cao về chế biến bioethanol, bột ngọt, thức ăn
gia súc và những sản phẩm tinh bột biến tính.
+ Diện tích sắn của Việt Nam dự kiến ổn định khoảng 450 nghìn ha nhưng sẽ
tăng năng suất và sản lượng sắn bằng cách chọn tạo và phát triển các giống sắn tốt
có năng suất củ tươi và hàm lượng tinh bột cao, xây dựng và hoàn thiện quy trình
kỹ thuật canh tác sắn bền vững và thích hợp vùng sinh thái.
2.5.2. Tình hình ô nhiễm ở nhà máy tinh bột sắn: (21)
Nhà máy tinh bột sắn chỉ sử dụng phần lõi của củ sắn để sản xuất tinh bột,
phần vỏ lụa sẽ được thải ra ngoài. Phần thải này nếu không được xử lý đúng cách sẽ

gây ra tình trạng ô nhiễm trầm trọng.
Nhà máy sản xuất tinh bột sắn Quảng Nam với công suất thiết kế 60 tấn tinh bột sắn/
ngày sẽ thải ra môi trường một lượng vỏ lụa sắn rất lớn. Lượng chất thải này vừa gây mùi hôi
vừa làm ô nhiễm nguồn nước. Thôn 1, xã Quế Cường, huyện Quế Sơn, Quảng Nam có 287
hộ, 1235 nhân khẩu đa phần phải chịu ảnh hưởng từ sự ô nhiễm do nhà máy thải ra.
Đề tài: Thiết kế nhà máy sản xuất chế phẩm enzyme Cellulase
SVTH: Lê Trung Nghĩa – Lớp 04SH GVHD: ThS. Nguyễn Thị Lan
-11-
Đồ án tốt nghiệp Năm 2009
Hình 2.3. Hình ảnh về nguồn vỏ lụa sắn của nhà máy tinh bột sắn Quảng Nam
2.5.3. Cấu tạo củ sắn: (19)
Củ sắn có kích thước trung bình dài 25 ÷ 38 cm, đường kính 3 ÷ 6 cm. Tùy
theo giống, điều kiện đất đai và thời gian thu hoạch mà củ sắn có kích thước trên
dưới kích thước trung bình. Cấu tạo của củ sắn gồm 4 phần chính:
+ Vỏ gỗ (còn gọi là vỏ lụa) có màu nâu sẫm hoặc màu nâu vàng, bao bọc
bên ngoài củ sắn, dày 0,2 ÷ 0,6 mm, chiếm khoảng 0,5 ÷ 0,3 trọng lượng toàn củ.
Lớp vỏ gỗ cấu tạo chủ yếu là cellulose và hemicellulose, cho nên mặc dù rất mỏng
nhưng cứng và bền. Vỏ gỗ có nhiệm vụ bảo vệ củ sắn khỏi tác động của các yếu tố
bên ngoài gây hư hỏng.
+ Vỏ thịt (còn gọi là vỏ cùi) nằm trong lớp vỏ gỗ, có màu trắng, vàng,
hoặc hồng tuỳ theo giống và thời gian thu hoạch, vỏ thịt dày 1,5 ÷ 6,0 mm, chiếm
khoảng 5 ÷ 7% khối lượng củ sắn. Trong vỏ thịt chứa khoảng 2,9 ÷ 3,2% protein,
Đề tài: Thiết kế nhà máy sản xuất chế phẩm enzyme Cellulase
SVTH: Lê Trung Nghĩa – Lớp 04SH GVHD: ThS. Nguyễn Thị Lan
-12-
Đồ án tốt nghiệp Năm 2009
5 ÷ 8% tinh bột, 2,7 ÷ 3,2 cellulose và là nơi tập trung nhiều nhất glucoxianogenic
trong củ sắn: 14,04 ÷ 21,60 mg HCN/100g, ngoài ra còn có các sắc tố và enzyme.
+ Thịt sắn nằm trong lớp vỏ thịt và là phần quan trọng nhất của củ sắn,
chiếm khoảng 90% khối lượng toàn củ. Thịt sắn khi mới đào thì có màu trắng, mịn.

Thành phần cấu tạo của thịt sắn chủ yếu là tinh bột, ngoài ra còn có một lượng nhỏ
là protein, lipit, các chất khoáng, vitamin, enzyme, khoảng 0,3% ÷ 0,5% nhựa sắn
và một lượng nhỏ glucoxianogenic. Hàm lượng tinh bột trong lớp thịt sắn phân bố
không đều, lớp thịt càng gần vỏ thịt thì hàm lượng tinh bột càng cao.
+ Lõi sắn nằm dọc giữa củ sắn và chiếm khoảng 0,5% khối lượng toàn củ.
Thành phần chủ yếu là cellulose, hemicellulose và một lượng glucoxianogenic:
12,60 ÷ 15,80 mg% HCN.
Bảng 2.1: Một số chỉ tiêu hoá học trong vỏ lụa sắn
Chỉ tiêu Vỏ lụa sắn
Hàm lượng lignin (%) 23,37
Hàm lượng cellulose (%) 43,13
Hàm lượng nitơ (%) 0,62
Carbon tổng số (%) 46,14
Tỷ lệ C/N 74,42
Hàm lượng cellulose trong vỏ lụa sắn chiếm chủ yếu (43,13%) sẽ thuận lợi cho quá
trình nuôi cấy các chủng vi sinh vật phân giải cellulose. Tuy nhiên, hàm lượng
lignin trong vỏ lụa cũng chiếm một tỷ lệ tương đối, sẽ gây ảnh hưởng đến quá trình
phát triển bình thường của vi sinh vật. Tỷ lệ C/N tương đối cao cũng là điều kiện
bất lợi cho sự phát triển của vi sinh vật.
2.6. Môi trường sinh tổng hợp enzyme:
Môi trường nuôi nấm mốc để sinh tổng hợp enzyme cellulase bằng phương pháp bề
mặt với nguyên liệu chủ yếu là vỏ lụa sắn, các chất khoáng cần thiết và một số chất
khác. Ngoài ra trong môi trường còn sử dụng trấu để tăng độ xốp của môi trường.
Tỷ lệ các thành phần như sau:
Vỏ lụa sắn : 60%
Đề tài: Thiết kế nhà máy sản xuất chế phẩm enzyme Cellulase
SVTH: Lê Trung Nghĩa – Lớp 04SH GVHD: ThS. Nguyễn Thị Lan
-13-
Đồ án tốt nghiệp Năm 2009
Bột ngô : 20%

Trấu : 19,6%
MgSO
4
: 0,05%
KH
2
SO
4
: 0,2%
NH
4
NO
3
: 0,15%
2.7. Nước:
2.7.1. Yêu cầu chất lượng nước:
Nước là thành phần cơ bản nhất và thường được sử dụng với số lượng rất
nhiều trong nuôi cấy vi sinh vật. Do đó chất lượng nước phải được đảm bảo để
không xảy ra những phản ứng hóa học khi tiến hành lên nem hoặc không để xảy ra
những tác động của vi sinh vật lạ xâm nhập từ nước vào quá trình lên men.
Chất lượng nước phải đảm bảo các chỉ tiêu: độ cứng, khả năng oxy hóa, sinh vật lạ.
2.7.1.1. Độ cứng:
Độ cứng của nước được thể hiên bằng sự có mặt của các cation Ca
2+
, Mg
2+
có
trong nước.
Nước cứng tạm thời là nước chứa muối cacbonat của hai ion trên.
Nước cứng vĩnh cữu là nước cứng chứa các anion Cl

-
,SO
4
2-
,NO
3
-
.
Độ cứng của nước được tính bằng mg đương lượng các ion trong một lít
nước. Nước được dùng không quá 7mg đương lượng.
2.7.1.2. Khả năng oxy hóa:
Độ oxy hóa của nước cho biết mức độ nhiễm bẩn của nước bởi các chất hữu
cơ. Chỉ số này biểu hiện bằng mg oxy/ lít.
2.7.1.3. Vi sinh vật:
Đây là chỉ số quan trọng, nó biểu hiện sự nhiễm bẩn sinh học. Nước chứa
nhiều vi sinh vật không được sử dụng trong quá trình lên men.
Chỉ tiêu sinh vật trong nước dùng trong lên men được xác định như sau:
Tổng số vi sinh vật hiếu khí : nhỏ hơn 1000 tế bào/lít
Đề tài: Thiết kế nhà máy sản xuất chế phẩm enzyme Cellulase
SVTH: Lê Trung Nghĩa – Lớp 04SH GVHD: ThS. Nguyễn Thị Lan
-14-
Đồ án tốt nghiệp Năm 2009
Chuẩn độ E.coli : không quá 300
Chỉ số coli : không quá 3
Ngoài ra còn có một số chỉ tiêu khác cần phải xác định là:
Cặn khô :1000mg/l
Cặn sunfat :500mg/l
Cặn clorua :350mg/l
2.7.2. Những phương pháp xử lý nước:
2.7.2.1. Cân bằng ion:

Sữa vôi để loại bỏ cacbonat nhờ áp dụng tính chất không tan của CaCO
3
và
MgCO
3
các muối cacbonat này không tan tức thời mà được tách ra bằng cách gạn
lắng. Phương pháp này đơn giản, rẻ tiền nên dùng đối các nước giàu bicacbonat.
Sử dụng các cột nhựa trao đổi ion để loại bỏ kim loại.
2.7.2.2. Điều chỉnh vi sinh vật:
Xử lý bằng các chất oxy hóa mạnh: ozon, clodioxit, nước javel,…
Tiệt trùng bằng các tia cực tím làm phá hủy cấu trúc tế bào của vi sinh vật.
Tiệt trùng bằng màng siêu lọc với lỗ lọc 0,4 micromet. Tuy nhiên phương
pháp này giá thành cao.
Đề tài: Thiết kế nhà máy sản xuất chế phẩm enzyme Cellulase
SVTH: Lê Trung Nghĩa – Lớp 04SH GVHD: ThS. Nguyễn Thị Lan
-15-
Đồ án tốt nghiệp Năm 2009
Chương 3 CHỌN VÀ THUYẾT MINH DÂY CHUYỀN
CÔNG NGHỆ
3.1. Chọn dây chuyền công nghệ:
Trong công nghiệp sản xuất enzyme hiện nay có hai phương pháp: phương
pháp nuôi cấy bề mặt và phương pháp nuôi cấy chìm.
So sánh hai phương pháp ta thấy phương pháp nuôi cấy bề mặt có những ưu
điểm sau:
- Nuôi bề mặt rất dễ thực hiện, qui trình công nghệ không phức tạp.
- Lượng enzyme được tạo thành từ nuôi cấy bề mặt thường cao hơn rất nhiều
so với nuôi cấy chìm.
- Chế phẩm enzyme thô sau khi thu nhận rất dễ sấy khô và bảo quản.
- Nuôi cấy bề mặt không cần sử dụng nhiều thiết bị phức tạp, do đó việc vận
hành công nghệ cũng như đầu tư ban đầu vừa đơn giản vừa không tốn kém.

- Trong trường hợp bị nhiễm vi sinh vật lạ rất dễ xử lý.
- Trong kĩ thuật nuôi cấy bề mặt có hai loại môi trường nuôi cấy, đó là môi
trường bán rắn và môi trường lỏng. Ở môi trường lỏng thì vi sinh vật sẽ phát triển
trên bề mặt dung dịch lỏng nơi phân cắt giữa pha lỏng và pha khí. Khi đó các tế bào
vi sinh vật sẽ tạo thành những ván phủ kín bề mặt dung dịch lỏng. Enzyme sẽ được
tổng hợp trong tế bào và thoát khỏi tế bào vào trong dung dịch nuôi cấy. Do đó việc
thu nhận enzyme thô trong dịch nuôi cấy cũng rất đơn giản. Tuy nhiên phương pháp
nuôi cấy này tỏ ra không hiệu quả vì hoạt lực của enzyme thu nhận được của
phương pháp này không cao bằng nuôi cấy trên môi trường bán rắn.Một mặt
phương pháp này vi sinh vật phát triển chủ yếu trên bề mặt nên hệ sử dụng môi
trường nuôi cấy không cao. Vì vậy phương pháp này ít được dùng.
Chính vì những lý do trên mà tôi quyết định chọn phương pháp nuôi cấy bề mặt
trên môi trường bán rắn với dây chuyền công nghệ như sau:
Đề tài: Thiết kế nhà máy sản xuất chế phẩm enzyme Cellulase
SVTH: Lê Trung Nghĩa – Lớp 04SH GVHD: ThS. Nguyễn Thị Lan
-16-
Đồ án tốt nghiệp Năm 2009
Đề tài: Thiết kế nhà máy sản xuất chế phẩm enzyme Cellulase
SVTH: Lê Trung Nghĩa – Lớp 04SH GVHD: ThS. Nguyễn Thị Lan
Khoáng chất
Vỏ sắn khô
Trấu
Phối trộn
W:60%
Thanh trùng
140
0
C
Giống
Nhân giống sản xuất

Làm nguội
33 - 34
0
C
Cấy giống
Khay
Thanh trùng
khay
Phân phối vào khay nuôi
Nuôi cấy 28 – 32
0
C
Thu nhận chế phẩm (W: 60%)
enzyme
Nghiền (W: 60%)Sấy băng tải
W
s
=10%
Nghiền
Sản phẩm
thô
Cô đặc
Sản phẩm enzyme kỹ
thuật
Sấy phun
120
0
C
Ngô
Nghiền, định lượng

Nước
Trích ly
Bã
Phân loại, làm sạch
Định lượng
Nghiền, định lượng
Làm sạch, định
lượng
Bao gói
Bao gói
Nước
-17-
Đồ án tốt nghiệp Năm 2009
3.2. Thuyết minh dây chuyền công nghệ:
3.2.1. Nguyên liệu:
3.2.1.1. Nguyên liệu vỏ sắn khô:
- Phân loại, làm sạch:
+ Mục đích: Phân loại theo kích thước để thuận lợi cho quá trình nghiền.
Làm sạch cơ học nhằm tạo điều kiện thuận lợi cho quá trình nghiền và đảm bảo
thành phần dinh dưỡng cho môi trường nuôi cấy.
+ Cách tiến hành: Phân loại và làm sạch bằng thiết bị phân loại mảnh có
kích thước khác nhau.
- Nghiền, định lượng:
+ Mục đích: Tạo kích thước thích hợp đồng thời phá vỡ một phần các cấu
trúc đại phân tử để quá trình lên men được tiến hành thuận lợi hơn.
+ Cách tiến hành: Sắn lát khô sau khi nhập khẩu được nhập vào kho bảo quản
chờ sản xuất. Khi sản xuất, sắn từ kho chuyển đến máy nghiền tán để nghiền đến
mức độ công nghệ yêu cầu.
Trong quá trình nghiền bột vỏ sắn được phân loại theo kích cỡ:
Loại 1: Đạt kích thước yêu cầu của công nghệ thì được gàu tải chuyển lên

bunke định lượng, và đựơc vít tải chuyển đến bộ phận phối trộn.
Loại 2: Kích thước quá lớn thì được chuyển lại vào máy nghiền để tiếp tục
nghiền.
3.2.1.2. Nguyên liệu trấu:
- Mục đích: Bổ sung trấu với mục đích tạo độ tơi xốp và tránh nguyên liệu bị
kết dính.
- Cách tiến hành: Trấu từ kho chứa được đưa đi làm sạch, sau đó được gàu tải
chuyển lên bunke định lượng, và từ bunke xả xuống thiết bị trộn.
3.2.1.3. Nguyên liệu ngô:
Nghiền, định lượng:
- Mục đích: Ngô được nghiền và bổ sung vào nguyên liệu nhằm tạo đủ điều
kiện dinh dưỡng cho mốc phát triển tốt.
Đề tài: Thiết kế nhà máy sản xuất chế phẩm enzyme Cellulase
SVTH: Lê Trung Nghĩa – Lớp 04SH GVHD: ThS. Nguyễn Thị Lan
-18-
Đồ án tốt nghiệp Năm 2009
- Cách tiến hành: Ngô từ kho chứa được nghiền đạt kích thước cần thiết sau đó
được định lượng vào thiết bị phối trộn.
3.2.2. Phối trộn:
- Mục đích: Tạo điều kiện thuận lợi cho quá trình lên men sau này.
- Cách tiến hành: Hỗn hợp bột sắn, trấu, nước, muối khoáng và các chất dinh
duỡng cần thiết khác được định lượng và trộn đều theo tỉ lệ đã tính toán.
Nước làm ẩm, phục vụ trực tiếp cho thanh trùng, đảm bảo chế độ làm ẩm cho
quá trình nuôi cấy, độ ẩm tối ưu là 58% ÷ 60%.
3.2.3. Thanh trùng:
- Mục đích: Làm cho môi trường được tinh khiết về phương diện vi sinh vật,
làm chín để biến hình tinh bột và protein.
- Cách tiến hành: thanh trùng bằng hơi nước nóng ở 140
0
C. Thời gian giữ

nhiệt là 50 ÷ 60 phút.
3.2.4. Làm nguội:
- Mục đích: Làm nguội gần đền nhiệt độ nuôi cấy nhằm tạo điều kiện thích
hợp về mặt nhiệt độ cho vi sinh vật phát triển. Đây cũng là giai đoạn kiểm tra và
loại bỏ những thành phần quá nhão hoặc khô so với yêu cầu.
- Cách tiến hành:
+ Sau khi thanh trùng, môi trường được băng chuyền chuyển qua băng tải làm
nguội đến nhiệt độ khoảng 33
0
C ÷ 34
0
C.
+ Yêu cầu thời gian thực hiện quá trình này phải ngắn để tránh bị nhiễm vi
sinh vật tạp.
3.2.5. Nhân giống sản xuất:
Giống trong ống nghiệm được giữ ở trạng thái hoạt động bằng cách cấy
chuyền mỗi tháng một lần trong các môi trường thạch sapec.
Thành phần môi trường thạch sapec:
Nước 1000ml
Saccroza 30g
NaNO
3
3g
Đề tài: Thiết kế nhà máy sản xuất chế phẩm enzyme Cellulase
SVTH: Lê Trung Nghĩa – Lớp 04SH GVHD: ThS. Nguyễn Thị Lan
-19-
Đồ án tốt nghiệp Năm 2009
KH
2
PO

4
1g
MgSO
4
.7H
2
O 0.5g
KCL 0.5g
FeSO
4
0.01g
10 ml dịch tự phân nấm men.
pH = 4 ÷ 5
- Mục đích:
+ Kích hoạt giống gốc và cho giống vi sinh vật làm quen với môi trường lên
men sẽ sản xuất trên quy mô công nghiệp.
+ Tạo đủ lượng giống để sản xuất trên quy mô công nghiệp.
- Cách tiến hành:
Nhân giống trên máy lắc.
Môi trường trong giai đoạn này cũng là môi trường trên mốc giống được nuôi
trong bình tam giác 1 lít và được đặt trên máy lắc.
Từ môi trường sản xuất sau khi làm nguội kết thúc, trích ra 10% chuyển qua
phòng nhân giống để nhân giống sản xuất. Quá trình nhân giống sản xuất cũng được
thực hiện trên khay và được thực hiện trong phòng nhân giống.
3.2.6. Gieo giống:
- Mục đích: Phân bố giống đều trên môi trường nuôi cấy nhằm tạo điều kiện
thuận lợi cho giống phát triển tốt.
- Cách tiến hành: Sau khi làm nguội môi trường đến nhiệt độ 33
0
C ÷ 34

0
C ta
tiến hành gieo giống, tỷ lệ gieo giống là 10%.
3.2.7. Nuôi cấy:
- Mục đích: Đây là giai đoạn quan trọng nhất trong toàn bộ quá trình, giai đoạn
này cần được giám sát chặt chẽ. Những thay đổi của các thông số sinh lý trong giai
đoạn này sẽ ảnh hưởng trực tiếp đến năng suất và chất lượng enzyme thành phẩm.
- Cách tiến hành:
Sau khi kết thúc quá trình gieo giống, canh trường nấm mốc được gàu tải
chuyển lên bunke trung gian. Từ bunke này canh trường qua cân định lượng và
Đề tài: Thiết kế nhà máy sản xuất chế phẩm enzyme Cellulase
SVTH: Lê Trung Nghĩa – Lớp 04SH GVHD: ThS. Nguyễn Thị Lan
-20-
Đồ án tốt nghiệp Năm 2009
được đưa vào khay, khay chuyển vào phòng nuôi cấy được đặt trong phòng nuôi
cấy và tiến hành nuôi.
Trong quá trình nuôi không cần điều chỉnh pH môi trường. Đây là môi trường
bán rắn nên sự thay đổi pH ở vị trí này không ảnh hưởng đến toàn bộ môi trường.
Độ ẩm 96% ÷ 98%.
Thời gian nuôi cấy nấm mốc khoảng 36 ÷ 60 giờ, trung bình thường là 42 giờ.
Quá trình nuôi cấy trong môi trường bán rắn nuôi bằng phương pháp bề mặt
trải qua các giai đoạn sau:
- Giai đoạn 1:
Giai đoạn này thường kéo dài 10 ÷ 14 giờ kể từ thời gian bắt đầu nuôi cấy.
Trong giai đoạn này có những thay đổi sau:
+ Nhiệt độ tăng chậm.
+ Sợi nấm bắt đầu hình thành và có màu trắng hoặc màu sữa.
+ Thành phần dinh dưỡng bắt đầu có sự thay đổi.
+ Khối môi trường còn rời rạc.
+ Enzyme mới bắt đầu hình thành.

Trong giai đoạn này cần quan tâm đến chế độ nhiệt độ. Tuyệt đối không được
để nhiệt độ cao hơn 30
0
C vì thời kỳ này giống rất mẫn cảm với nhiệt độ.
- Giai đoạn 2:
Giai đoạn này kéo dài 14 ÷ 18 giờ tiếp theo. Trong giai đoạn này có những
thay đổi cơ bản sau:
+ Toàn bộ bào tử đã phát triển thành sợi nấm và sợi nấm bắt đầu phát triển rất
mạnh. Các sợi nấm này tạo ra những mạng sợi chằng chịt khắp trong các hạt môi
trường, trong lòng môi trường.
+ Môi trường được kết lại khá chặt.
+ Độ ẩm của môi trường giảm dần.
+ Nhiệt độ của môi trường tăng nhanh có thể lên đến 40
0
C ÷ 45
0
C .
+ Các chất dinh dưỡng bắt đầu giảm nhanh do sự đồng hoá của nấm sợi.
+ Các loại enzyme được hình thành, trong đó cellulase hình thành nhiều nhất.
Đề tài: Thiết kế nhà máy sản xuất chế phẩm enzyme Cellulase
SVTH: Lê Trung Nghĩa – Lớp 04SH GVHD: ThS. Nguyễn Thị Lan
-21-
Đồ án tốt nghiệp Năm 2009
+ Lượng oxy trong môi trường giảm và CO
2
tăng dần, do đó trong giai đoạn
này cần thông khí mạnh và điều chỉnh nhiệt độ khoảng 29
0
C ÷ 30
0

C.
Giai đoạn 3:
Giai đoạn này kéo dài 10 ÷ 20 giờ tiếp theo. Ở giai đoạn này có những thay đổi
cơ bản sau:
+ Quá trình trao đổi chất sẽ yếu dần, do đó quá trình giảm chất dinh dưỡng sẽ
chậm lại.
+ Nhiệt độ khối môi trường giảm, do đó làm giảm lượng không khí môi
trường xuống còn 20% ÷ 25% thể tích không khí trong 1 giờ. Nhiệt độ nuôi cấy
duy trì ở 30
0
C.
Cần dừng quá trình nuôi cấy và thu nhận enzyme trong giai đoạn này. Vì trong
giai đoạn này bào tử được hình thành nhiều và làm giảm hoạt lực của enzyme.
3.2.8. Thu nhận chế phẩm:
- Mục đích: Tập trung lượng canh trường có thể thu nhận enzyme để thuận lợi
cho quá trình tiếp theo.
- Cách tiến hành: Kết thúc quá trình nuôi cấy ta thu nhận chế phẩm enzyme
thô. Tuỳ theo mục đích sử dụng mà ta có thể sử dụng chế phẩm ngay hoặc tiến hành
một số bước nữa để bảo quản.
3.2.9. Sấy băng tải:
- Mục đích: Sấy để làm giảm độ ẩm của chế phẩm nhờ đó có thể bảo quản và
sử dụng trong thời gian dài.
- Cách tiến hành: Chế phẩm enzyme từ canh trường được chuyển lên bunke
định lượng bằng gàu tải sau đó được băng tải chuyển đến máy sấy. Độ ẩm cần đạt
được sau khi quá trình sấy kết thúc nhỏ hơn 10%. Quá trình sấy được thực hiện bởi tác
nhân sấy là không khí có nhiệt độ là 40
0
C.
3.2.10. Nghiền:
- Mục đích: vừa phá vỡ tế bào, vừa làm nhỏ các thành phần của chế phẩm

enzyme thô. Khi thành tế bào bị phá vỡ, các enzyme nội bào chưa thoát khỏi tế bào
sẽ dễ dàng thoát khỏi tế bào.
Đề tài: Thiết kế nhà máy sản xuất chế phẩm enzyme Cellulase
SVTH: Lê Trung Nghĩa – Lớp 04SH GVHD: ThS. Nguyễn Thị Lan
-22-
Đồ án tốt nghiệp Năm 2009
- Cách thực hiện:
Canh trường nấm mốc sau khi sấy được gàu tải chuyển sang máy nghiền.
Kết thúc quá trình nghiền, canh trường nấm mốc được gàu tải chuyển vào
bunke chứa và chuyển sang kho bảo quản.
3.2.11. Trích ly:
- Mục đích: Chế phẩm sau khi nghiền sẽ được chiết lấy dịch enzyme dùng cho
việc tạo ra chế phẩm enzyme kỹ thuật.
- Cách thực hiện: Sau khi nghiền phá vỡ cấu trúc tế bào, ta có thể chiết xuất
enzyme bằng các dung môi khác nhau như nước, dung dịch đệm, muối trung tính.
Sau đó dịch enzyme sẽ được đưa vào thiết bị cô đặc.
3.2.12. Cô đặc:
Mục đích của giai đoạn này là nâng cao nồng độ chất khô từ 4 - 6g/l tới 15 -
20 g/l, cho thêm một số chất bảo quản để đưa dung dịch đạt nồng độ 35 – 40 g/l
.Sau đó dịch cô đặc sẽ được đưa vào thiết bị sấy phun.
3.2.13. Sấy phun:
- Mục đích: của giai đoạn này là tạo sản phẩm enzyme kỹ thuật dạng bột để
tiện cho quá trình bảo quản và vận chuyển.
- Cách thực hiện: Dịch enzyme sau khi cô đặc được đưa vào thiết bị sấy phun
với nhiệt độ đầu vào là 120
0
C và đầu ra là 60
0
C.
Đề tài: Thiết kế nhà máy sản xuất chế phẩm enzyme Cellulase

SVTH: Lê Trung Nghĩa – Lớp 04SH GVHD: ThS. Nguyễn Thị Lan
-23-
Đồ án tốt nghiệp Năm 2009
Chương 4 TÍNH CÂN BẰNG VẬT CHẤT
4.1. Kế hoạch sản xuất của nhà máy:
- Các ngày nghỉ trong năm:
+ Tết dương lịch nghỉ 1 ngày
+ Tết âm lịch nghỉ 3 ngày
+ Ngày chiến thắng 30 - 4 nghỉ 1 ngày
+ Ngày quốc tết lao động nghỉ 1 ngày
+ Ngày quốc khánh nghỉ 1 ngày
+ Nghỉ ngày chủ nhật
Tháng 11 nghỉ 10 ngày do khu vực Miền Trung thời tiết xấu, mưa nhiều,
nguyên liệu ít và nhu cầu thị trường thấp. Nghỉ để sửa chữa và vệ sinh thiết bị.
Bảng : Biểu đồ sản xuất của nhà máy
Thán
g
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
Cả
năm
Ngày
làm
23 24 26 25 25 26 27 26 25 27 15 27 296
Nhà máy làm việc 1 ca/ngày.
Số liệu ban đầu:
- Năng suất Enzyme thô đạt 5 triệu kg sản phẩm/năm.
- Tỷ lệ chế phẩm cho dây chuyền sản xuất sản phẩm enzyme thô là 60%.
- Tỷ lệ chế phẩm cho dây chuyền sản xuất sản phẩm enzyme kỹ thuật là 40%.
Thành phần môi trường:
Vỏ lụa sắn : 60% MgSO

4
: 0,05%
Bột ngô : 20% KH
2
PO
4
: 0,2%
Trấu : 19,6% NH
4
NO
3
: 0,15%

Bảng 4.1 Bảng tỉ lệ hao hụt qua các công đoạn
Đề tài: Thiết kế nhà máy sản xuất chế phẩm enzyme Cellulase
SVTH: Lê Trung Nghĩa – Lớp 04SH GVHD: ThS. Nguyễn Thị Lan
-24-
Đồ án tốt nghiệp Năm 2009
Công đoạn Tỉ lệ hao hụt (%)
Phối trộn 2
Thanh trùng 1
Làm nguội 0,8
Gieo giống 0,1
Đưa canh trường vào thiết bị 0,5
Nuôi cấy 0,5
Thu nhận chế phẩm 0,5
Dây chuyền gia công bột vỏ sắn
Phân loại, làm sạch 3
Nghiền, định lượng 3
Dây chuyền gia công bột ngô

Nghiền, định lượng 3
Dây chuyền gia công trấu
Làm sạch, định lượng 2
Khoáng chất
Định lượng 0,05
Dây chuyền sản xuất chế phẩm thô
Sấy 2
Nghiền 2
Bao gói 0,1
Dây chuyền sản xuất chế phẩm kỹ thuật
Nghiền 2
Trích ly 2
Cô đặc 2
Sấy phun 2
Bao gói 0,1
4.2. Cân bằng vật chất:
4.2.1. Dây chuyền sản xuất sản phẩm enzyme thô:
Năng suất sản phẩm theo enzyme thô của nhà máy tính theo năm là 5 tiệu kg.
Số ngày sản xuất trong năm là 296 ngày.
Năng suất sản phẩm enzyme thô của nhà máy tính theo ngày là:

16891,892
296
5000000
=
(kg/ngày)
4.2.1.1. Bao gói:
Lượng sản phẩm enzyme thô trước công đoạn này là:

16908,801

1,0100
100
16891,892 =
−
×
(kg/ngày)
Đề tài: Thiết kế nhà máy sản xuất chế phẩm enzyme Cellulase
SVTH: Lê Trung Nghĩa – Lớp 04SH GVHD: ThS. Nguyễn Thị Lan
-25-