Thiết kế nhà máy sản xuất enzyme cellulase từ bã thải nấm theo phương pháp bề mặt năng suất 20 tấnngày

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP -1- GVHD: Ths. Nguyễn Hoàng Minh
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 hợp tác xã sản xuất nấm thải ra hàng ngàn tấn bã thải.
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 đó, ý tưởng sử dụng bã thải nấm – 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 hợp tác xã trồng nấm.
Với những lập luận trên, tôi tiến hành thực hiện đề tài: “Thiết kế nhà máy
sản xuất enzyme cellulase từ bã thải nấm theo phương pháp bề mặt năng suất 20
tấn/ngày”.
Đề tài: Thiết kế nhà máy sản xuất enzyme Cellulase theo phương pháp bề mặt năng suất
20 tấn/ngày.

SVTH: Trần Thị Thanh Nhã - Lớp: 10SHLT
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP -2- GVHD: Ths. Nguyễn Hoàng Minh
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 mầm 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 ngành 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 nảy mầm.
1.1 Sự cần thiết phải đầu tư
Enzyme cellulase được sử dụng nhiều trong công nghiệp, chăn nuôi Nhưng
lượng enzyme chiết từ tự nhiên không đủ để sử dụng. Hơn nữa sau khi thu hoạch
nấm, các hợp tác xã, các hộ gia đình trồng nấm thải ra một lượng lớn bã thải 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 các trại nấm.
1.2 Đặc điểm tự nhiên
Việc chọn thành phố Đà Nẵng làm địa điểm xây dựng nhà máy mang lại cho
chúng ta rất nhiều thuận lợi về mặt tự nhiên. Đà Nẵng là thành phố lớn thứ 3 cả
nước sau thành phố Hồ Chí Minh và Hà Nội với vị trí địa lý rất lý tưởng: phía Bắc
giáp tỉnh Thừa Thiên Huế, phía Nam và phía Tây là tỉnh Quảng Nam, còn Phía
Đông là biển Đông rộng lớn. Đặc biệt với dòng sông này nối liền với Vịnh, đã làm
cho Đà Nẵng trở thành cảng biển lớn nhất khu vực miền Trung.
Đà Nẵng nằm trong vùng khí hậu nhiệt đới gió mùa điển hình, nhiệt độ cao và ít
biến động. Khí hậu Đà Nẵng là nơi chuyển tiếp đan xen giữa khí hậu miền Bắc và
miền Nam, với tính trội là khí hậu nhiệt đới điển hình ở phía Nam. Mỗi năm có 2
mùa rõ rệt: mùa mưa kéo dài từ tháng 8 đến tháng 12 và mùa khô từ tháng 1 đến
tháng 7, thỉnh thoảng có những đợt rét mùa đông nhưng không đậm và không kéo

dài. Nhiệt độ trung bình hàng năm khoảng 25,9
0
C. Độ ẩm không khí trung bình là
83,4%; hướng gió chủ yếu là Đông - Nam.
Đề tài: Thiết kế nhà máy sản xuất enzyme Cellulase theo phương pháp bề mặt năng suất
20 tấn/ngày.
SVTH: Trần Thị Thanh Nhã - Lớp: 10SHLT
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP -3- GVHD: Ths. Nguyễn Hoàng Minh
Với điều kiện tự nhiên, khí hậu như vậy việc xây dựng nhà máy sản xuất
enzyme cellulase là hoàn toàn có cơ sở (không ảnh hưởng đến cuộc sống dân cư tại
đây). Hơn thế nữa điều kiện đất đai, khí hậu của Đà nẵng thuận lợi cho việc trồng
các loại nấm: nấm bào ngư, nấm rơm, nấm Linh chi…
1.3 Nguồn cung cấp nguyên liệu
Lấy nguồn nguyên liệu chủ yếu từ các nguồn phế thải của hợp tác xã trồng nấm
An Hải Đông, các trại nấm khác trong thành phố Đà Nẵng, tỉnh Quảng Nam, Huế và
các tỉnh miền Trung khác để có thể cung cấp đủ nguồn nguyên liệu cho phân xưởng
sản xuất quanh năm.
1.4 Hợp tác hoá
Nhà máy đặt trong khu công nghiệp nên việc hợp tác hóa, liên hợp hóa được
tiến hành chặt chẽ, do đó việc sử dụng những công trình điện, nước, giao thông,
cũng như việc nhập nguyện liệu và tiêu thụ sản phẩm… được tiến hành thuận lợi
cho nên giảm bớt được vốn đầu tư xây dựng, rút ngắn thời gian hoàn vốn, đồng thời
tận dụng tuần hoàn các sản phẩm phụ tránh được ô nhiễm môi trường.
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 nhà máy
Nhà máy được thiết kế theo năng suất đủ cung cấp cho nhu cầu sử dụng enzyme
của các doanh nghiệp trong khu vực.
- Năng suất enzyme được sản xuất ra trong ngày là 20 tấn/ngày.
- 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 enzyme Cellulase theo phương pháp bề mặt năng suất
20 tấn/ngày.
SVTH: Trần Thị Thanh Nhã - Lớp: 10SHLT
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP -4- GVHD: Ths. Nguyễn Hoàng Minh
Chương 2: TỔNG QUAN TÀI LIỆU
2.1 Tổng quan về enzyme cellulase [17]
- Định nghĩa: Enzyme Cellulase là một phức hệ enzyme có tác dụng thuỷ phân
cellulose thông qua việc thuỷ phân liên kết 1,4-β-glucoside trong cellulose tạo ra sản
phẩm glucose cung cấp cho công nghiệp lên men. Nguồn thu enzyme cellulase lớn
nhất hiện nay là vi sinh vật.
- Phân loại: Cellulase là enzyme đa cấu tử gồm endo-β-1,4-glucanase,
exoglucanase, và β-glucosidase hoạt động phối hợp để thủy phân cellulose thành
glucose.
+ Dạng 1: Endo-β-1,4-glucanase đựợc gọi là endoglucanase hoặc 1,4-β-D-
glucan-4-glucanohydrolase hay CMCase.
+ Dạng 2 là exoglucanase, gồm 1,4-β-D-glucan-4-glucanohydrolase (giống như
cello dextrinase) và 1,4-β-D-glucan cellobiohydrolase (cellobiohydrolase).
+ Dạng 3 là β-glucosidase hoặc β-glucoside glucohydrolase Enzyme Cx có hai
loại: exo β – 1,4-glucanase và endo β-1,4-glucanase. Enzyme Cellulase có khả năng
phân giải (thủy phân) sợi cellulose tự nhiên, có tính đặc hiệu không rõ ràng.
Endoglucanase thủy phân ngẫu nhiên bên trong phân tử cellulose tạo ra các loại
oligosaccharide có chiều dài khác nhau. Exoglucanase thủy phân các liên kết ở đầu

khử và đầu không khử của chuỗi cellulose để giải phóng ra glucose
(glucanohydrolase) hoặc cellobiose (cellobiohydrolase).
2.1.1 Cơ chế thuỷ phân cellulose của enzyme cellulase
• Endocellulase: xúc tác quá trình cắt liên kết α-1,4- glucoside trong cellulose,
lignin và α-Dglucan một cách ngẫu nhiên. Sản phẩm của quá trình phân giải là các
cellulose phân tử nhỏ, cellobiose và glucose.
• Exocellulase: cắt 2 hoặc 4 đơn vị glucose từ đầu không khử của chuỗi
cellulose tạo thành các cellobiose (disaccharide) và một số cellotetrose.
• Cellobiase: tham gia phân giải cellobiose (disaccharide) và cellotetrose thành
glucose.
Đề tài: Thiết kế nhà máy sản xuất enzyme Cellulase theo phương pháp bề mặt năng suất
20 tấn/ngày.
SVTH: Trần Thị Thanh Nhã - Lớp: 10SHLT
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP -5- GVHD: Ths. Nguyễn Hoàng Minh
Hình 2.1 Cơ chế thuỷ phân cellulose của enzyme cellulase
2.1.2 Ứng dụng của enzyme cellulase
2.1.2.1 Cellulase với công nghiệp thực phẩm
Cellulase là thành phần cơ bản của tế bào thực vật, vì vậy nó có mặt trong mọi
loại rau quả cũng như trong các nguyên liệu, phế liệu của các ngành trồng trọt và lâm
nghiệp. Nhưng người và động vật không có khả năng phân giải cellulose. Nó chỉ có
giá trị làm tăng tiêu hóa, nhưng với lượng lớn nó trở nên vô ích hay cản trở tiêu hóa.
Chế phẩm cellulase thường dùng để:
+ Tăng chất lượng thực phẩm và thức ăn gia súc.
+ Tăng hiệu suất trích ly các chất từ nguyên liệu thực vật.
Đề tài: Thiết kế nhà máy sản xuất enzyme Cellulase theo phương pháp bề mặt năng suất
20 tấn/ngày.
SVTH: Trần Thị Thanh Nhã - Lớp: 10SHLT
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP -6- GVHD: Ths. Nguyễn Hoàng Minh
Ứng dụng trước tiên của cellulase đối với chế biến thực phẩm là dùng nó để
tăng độ hấp thu, nâng cao phẩm chất về vị và làm mềm nhiều loại thực phẩm thực

vật. Đặc biệt là đối với thức ăn cho trẻ con và nói chung chất lượng thực phẩm được
tăng lên.
+ Một số nước đã dùng cellulase để xử lý các loại rau quả như bắp cải, hành, cà rốt,
khoai tây, táo và lương thực như gạo. Người ta còn xử lý cả chè, các loại tảo biển…
+ Trong sản xuất bia, dưới tác dụng của cellulase hay phức hệ citase trong đó
có cellulase, thành tế bào của hạt đại mạch bị phá hủy tạo điều kiện tốt cho tác động
của protease và đường hóa.
+ Trong sản xuất agar-agar, tác dụng của chế phẩm cellulase sẽ làm tăng chất
lượng agar-agar hơn so với phương pháp dùng acid để phá vỡ thành tế bào. Đặc biệt
là việc sử dụng chế phẩm cellulase để tận thu các phế liệu thực vật đem thủy phân,
dùng làm thức ăn gia súc và công nghệ lên men. Những ứng dụng của cellulase
trong công nghiệp thực phẩm đã có kết quả rất tốt. Tuy nhiên hạn chế lớn nhất là rất
khó thu được chế phẩm có cellulase hoạt độ cao.
2.1.2.2 Trong công nghiệp sản xuất giấy và bột giấy
Trong công nghiệp sản xuất bột giấy và giấy, bổ sung các loại enzyme trong
khâu nghiền bột, tẩy trắng có vai trò rất quan trọng. Nguyên liệu ban đầu chứa hàm
lượng cao các chất khó tan là lignin và một phần hemicellulose, nên trong quá trình
nghiền để tách riêng các sợi gỗ thành bột mịn gặp nhiều khó khăn. Trong công đoạn
nghiền bột giấy, bổ sung endoglucanase sẽ làm thay đổi nhẹ cấu hình của sợi
cellulose, tăng khả năng nghiền và tiết kiệm khoảng 20% năng lượng cho quá trình
nghiền cơ học. Trước khi nghiền hóa học, gỗ được xử lý với endoglucanase và hỗn
hợp các enzyme hemicellulase, pectinase sẽ làm tăng khả năng khuếch tán hóa chất
vào phía trong gỗ và hiệu quả khử lignin.
2.1.2.3 Trong công nghiệp sản xuất thức ăn chăn nuôi
Trong chăn nuôi (với động vật ăn cỏ) nếu thức ăn có trộn thêm cellulose sẽ tăng
sự tiêu hóa hấp thụ thức ăn cho động vật - đặc biệt động vật còn non, do đó sẽ giảm
chi phí thức ăn cho động vật và chúng sẽ tăng trọng nhanh hơn.
Đề tài: Thiết kế nhà máy sản xuất enzyme Cellulase theo phương pháp bề mặt năng suất
20 tấn/ngày.
SVTH: Trần Thị Thanh Nhã - Lớp: 10SHLT

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP -7- GVHD: Ths. Nguyễn Hoàng Minh
2.1.2.4 Trong công nghiệp sản xuất dung môi hữu cơ
Trong giai đoạn đường hóa của quá trình sản xuất ethanol, amylase là thành
phần chính trong quá trình thủy phân tinh bột. Tuy nhiên, bổ sung một số enzyme
phá hủy thành tế bào như cellulase, hemicellulase có vai trò quan trọng, giúp tăng
lượng đường tạo ra và đẩy nhanh tốc độ tiếp xúc của tinh bột với amylase, dẫn tới
hiệu suất thu hồi rượu tăng lên 1,5%.
2.1.2.5 Trong công nghệ xử lý rác thải và sản xuất phân bón vi sinh
Rác thải là nguồn chính gây nên ô nhiễm môi trường dẫn tới mất cân bằng sinh
thái và phá hủy môi trường sống, đe dọa tới sức khỏe và cuộc sống con người. Thành
phần hữu cơ chính trong rác thải là cellulose, nên việc sử dụng công nghệ vi sinh trong
xử lý rác thải cải thiện môi trường rất có hiệu quả. Enzyme này có khả năng thủy phân
chất thải chứa cellulose, chuyển hoá các hợp chất kiểu lignocellulose và cellulose trong
rác thải tạo nên nguồn năng lượng thông qua các sản phẩm đường, ethanol, khí sinh học
hay các các sản phẩm giàu năng lượng khác.
2.1.3 Tình hình sản xuất enzyme cellulase ở Việt Nam và trên thế giới
2.1.3.1 Tình hình sản xuất enzyme cellulase ở Việt Nam [13]
Ở Việt Nam chưa có một chế phẩm enzyme cellulase nào được sản xuất chủ
động từ những nguồn nguyên liệu trong nước. Việc sản xuất chỉ mới dừng lại ở việc
nghiên cứu nên nhu cầu enzyme chủ yếu là nhập khẩu từ nước ngoài.
Năm 1999, Nguyễn Đức Lượng và cộng sự đã nghiên cứu khả năng sinh tổng
hợp cellulase từ Astinomyces griseus.
Năm 1999, Lý Kim Bảng và cộng sự đã xây dựng quy trình công nghệ sản xuất
chế phẩm Micromix 3 để bổ sung vào bể ủ rác thải.
Năm 2003, Hoàng Quốc Khánh và cộng sự đã nghiên cứu khả năng sinh tổng
hợp và đặc điểm cellulase từ chủng Aspergillus niger.
2.1.3.2 Tình hình sản xuất enzyme cellulase trên thế giới [11]
Đề tài: Thiết kế nhà máy sản xuất enzyme Cellulase theo phương pháp bề mặt năng suất
20 tấn/ngày.
SVTH: Trần Thị Thanh Nhã - Lớp: 10SHLT

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP -8- GVHD: Ths. Nguyễn Hoàng Minh
Ở Nhật Bản, theo Yamada (1977), có khoảng 48 tấn cellulase được sản xuất từ
Tr. Viride và Asp. Niger.
Ở Mỹ, phòng thí nghiệm của quân đội Mỹ và trường đại học Rusgers đầu tiên
sử dụng chủng T.viride hoang dại để sản xuất cellulase sau đó gây đột biến và chọn
lọc được biến chủng QM 9414 có khả năng sinh tổng hợp cellulase cao.
Ở Pháp, hãng Lyven sản xuất cellulase từ Tr. Reesei và Asp. Niger sử dụng
trong công nghệ thực phẩm.
Ở Canada, hãng Logene sản xuất cellulase sử dụng trong thức ăn gia súc, công
nghiệp giấy, sản xuất ethanol.
Ở Nhật Bản, hãng Nagada, Amano… hằng năm đã sản xuất đến 8000 tấn
enzyme các loại để dùng trong nông nghiệp.
2.2 Tổng quan về hệ vi sinh vật phân giải cellulose
2.2.1 Vi khuẩn [1]
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, Cellulomonas.
flavigena, Promyxobacterium, Psudomonas fluorescens var cellulose…
2.2.2 Niêm vi khuẩn [2]
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.
Đề tài: Thiết kế nhà máy sản xuất enzyme Cellulase theo phương pháp bề mặt năng suất

20 tấn/ngày.
SVTH: Trần Thị Thanh Nhã - Lớp: 10SHLT
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP -9- GVHD: Ths. Nguyễn Hoàng Minh
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.
2.2.3 Xạ khuẩn [3]
Xạ khuẩn là nhóm vi sinh vật có khả năng phân hủy 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
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:
Đề tài: Thiết kế nhà máy sản xuất enzyme Cellulase theo phương pháp bề mặt năng suất
20 tấn/ngày.
SVTH: Trần Thị Thanh Nhã - Lớp: 10SHLT
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP -10- GVHD: Ths. Nguyễn Hoàng Minh
+ 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.
2.2.4 Nấm mốc [11]
Đối tượng chủ yếu trong các nghiên cứu về cellulase hiện nay thường là nấm
mốc. Rất nhiều loài nấm đã tổng hợp cellulase có hoạt tính khá cao trong đó đáng kể
là một số chủng loại sau:
+ Asp. Flavus; Asp. Niger; Asp. Oryzae; Asp. Terreus; Asp. Amstelodamy; Asp.
Fumigatus.
+ Chaetomium globosum; chaeelatum; chae. Fumicolum…
+Mucor pusillus
+ Penicillium notatum, Pen. Variabite; Pen. Pusillum….
+ Tricoderma koningi; Tr-lignorum Tr. Viride.
+ Sporotrichum pruinosum
+Myro thecium verrucaris
+Chrysosporium lignorum…
2.2.5 Nấm mốc Aspergillus niger
2.2.5.1 Yêu cầu giống vi sinh vật trong công nghệ enzyme [8]

- Giống vi sinh vật phải có khả năng tổng hợp enzyme mà ta cần.
- Giống vi sinh vật phải có khả năng thích ứng rất nhanh và phát triển mạnh.
- Ngoài khả năng sinh tổng hợp enzyme mạnh, giống vi sinh vật ứng dụng trong
sản suất enzyme phải có khả năng sinh sản phát triển mạnh.
- Giống vi sinh vật phải là những giống dễ dàng tách được khỏi môi trường nuôi
cấy lỏng.
2.2.5.2 Một số đặc điểm cơ bản của chủng Apergillus niger [11]
Đề tài: Thiết kế nhà máy sản xuất enzyme Cellulase theo phương pháp bề mặt năng suất
20 tấn/ngày.
SVTH: Trần Thị Thanh Nhã - Lớp: 10SHLT
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP -11- GVHD: Ths. Nguyễn Hoàng Minh
- Khuẩn lạc Aspergilus niger trên môi trường czapek yeast extract agar (CYA)
có dạng lông nhung, khi còn non có màu trắng khi già màu sẫm lại nhưng không
hoàn toàn đen.
- Cuống sinh bào tử được sinh ra từ khuẩn ty khí sinh, có chiều dài 1 – 3 mm,
có vách tế bào trơn bóng và trong suốt. Đỉnh cuống phình ra có dạng hình cầu được
gọi là bọng, có đường kính từ 50 – 75 µm, sinh ra hai lớp thể bình; lớp thứ nhất hình
tam giác cân ngược; lớp thứ hai hình chai, sinh ra bào tử đỉnh hình cầu, bào tử đỉnh
có đường kính 4 – 5 µm có màu đen, vách bào tử đính có dạng xù xì.
- Đặc tính sinh lý: Asp. Niger sinh trưởng ở nhiệt độ tối thiểu 6 – 8
0
C, tối đa 45
– 47
0
C, tối ưu 35 – 37
0
C. Asp. Niger là nấm sợi chịu khô.
- Độc tố: Asp. Niger được xem là nấm sợi không sinh độc tố và được sử dụng
rộng rãi trong chế biến thực phẩm.
- Enzyme cellulase được tổng hợp bởi Asp. Niger hoạt động tối ưu ở pH 5,5;

nhiệt độ 50
o
C.
2.2.6 Thành phần môi trường nuôi cấy vi sinh vật cellulase [9]
2.2.6.1 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.
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%).
Đề tài: Thiết kế nhà máy sản xuất enzyme Cellulase theo phương pháp bề mặt năng suất
20 tấn/ngày.
SVTH: Trần Thị Thanh Nhã - Lớp: 10SHLT
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP -12- GVHD: Ths. Nguyễn Hoàng Minh
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.
2.2.6.2 Nguồn Nitơ
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.
2.2.6.3 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
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.
2.2.6.4 Chất kích thích sinh trưởng
Biotin và tiamin trong môi trường dinh dưỡng không có ảnh hưởng đến sinh
tổng hợp enzyme này.
2.2.7 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 bã thải nấm, 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 thành phần môi trường tính theo lượng chất khô tuyệt đối như sau:
Đề tài: Thiết kế nhà máy sản xuất enzyme Cellulase theo phương pháp bề mặt năng suất
20 tấn/ngày.
SVTH: Trần Thị Thanh Nhã - Lớp: 10SHLT

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP -13- GVHD: Ths. Nguyễn Hoàng Minh
Bã thải nấm : 60%
Bột đậu tương : 20%
Cám gạo : 9,6%
Trấu : 10%
MgSO
4
: 0,05%
KH
2
SO
4
: 0,2%
NH
4
NO
3
: 0,15%
2.2.8 Phương pháp nuôi cấy bề mặt [9]
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, quy 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.
- 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.
2.2.9 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
Đề tài: Thiết kế nhà máy sản xuất enzyme Cellulase theo phương pháp bề mặt năng suất
20 tấn/ngày.
SVTH: Trần Thị Thanh Nhã - Lớp: 10SHLT
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP -14- GVHD: Ths. Nguyễn Hoàng Minh
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%.
2.3 Tổng quan về bã thải nấm
2.3.1 Đặc điểm của bã thải nấm [10]
2.3.1.1 Hàm lượng cellulose
Thành phần cellulose của bã thải rơm sau trồng nấm là 27,25% ± 0,25 và bã
thải mùn cưa sau trồng nấm là 49,00% ± 0,5. Hàm lượng cellulose có trong rơm khá
cao với hàm lượng khoảng từ 52 – 54%, sau khi trồng nấm thì hàm lượng cellulose
đã giảm đi khoảng một nữa, hàm lượng cellulose còn lại khoảng từ 27 – 27,5% như
vậy qua quá trình trồng nấm lượng cellulose có trong nguyên liệu ban đầu đã bị
phân giải một phần khá lớn trong quá trình trồng nấm.
2.3.1.2 Hàm lượng lignin
Hàm lượng lignin trong rơm trước khi trồng nấm khá lớn với chiếm khoảng
38,4% khối lượng nguyên liệu. Lignin vốn là một thành phần khó phân hủy thường
gây ảnh hưởng đến sự phát triển của vi sinh vật. Sau khi trồng nấm hàm lượng lignin
đã giảm xuống còn khoảng 9,59%. Sự giảm đi của lignin giúp cho việc sử dụng bã
thải rơm sau trồng nấm để ủ với vi sinh vật sản xuất enzyme.
2.3.1.3 Hàm lượng nitrat
Bảng 2.1: Kết quả định lượng Nitrat
Đề tài: Thiết kế nhà máy sản xuất enzyme Cellulase theo phương pháp bề mặt năng suất
20 tấn/ngày.
SVTH: Trần Thị Thanh Nhã - Lớp: 10SHLT
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP -15- GVHD: Ths. Nguyễn Hoàng Minh
Nguyên liệu
Thành Phần
Rơm trước khi
trồng nấm
( )

σ
±X
Bã thải
trồng nấm
từ Rơm
( )
σ
±X
Mùn cưa trước
khi trồng nấm
( )
σ
±X
Bã thải
trồng nấm
từ Mùn cưa
( )
σ
±X
Hàm lượng Nitrat
(mg/ml)
15,620±0,84 19,970±0,01 8,835±1,275 10,74±0,44
Hàm lượng Nitrat có trong bã sau trồng nấm cao hơn so với nguyên liệu trước
khi trồng nấm. Hàm lượng Nitrat trong rơm và bã thải trồng nấm từ rơm cao hơn so
với trong mùn cưa và bã thải trồng nấm từ mùn cưa.
2.3.1.4 Hàm lượng đạm hòa tan
Bảng 2.2: Kết quả định lượng đạm hòa tan
Nguyên liệu
Thành Phần
Rơm

trước khi
trồng nấm
( )
σ
±X
Bã thải trồng
nấm từ Rơm
( )
σ
±X
Bã thải
trông nấm
từ Mùn cưa
( )
σ
±X
Hàm lượng đạm hòa tan
(mg/ml)
15,475±1,905 10,065±0,095 2,895±0,105
Hàm lượng đạm hòa tan có trong nguyên liệu trước khi trồng nấm khá cao, sau
khi trồng nấm lượng đạm hòa tan đã có giảm đi một phần nhỏ. Nhìn từ kết quả,
lượng đạm hòa tan có trong bã thải trồng nấm từ rơm cao hơn so với trong bã thải
trồng nấm từ mùn cưa.
2.3.1.5 Hàm lượng đường khử
Trong bã rơm và mùn cưa sau khi trồng nấm lượng đường khử còn lại rất ít nên
trong quá trình sản xuất cần bổ sung thêm dinh dưỡng cho sự phát triển của vi sinh vật.
2.3.2 Tình hình ô nhiễm do bã thải nấm ở các hợp tác xã trồng nấm [18]
Sự phát triển của nông nghiệp đặt ra nhiều vấn đề, đặc biệt là các phế phẩm,
phế liệu. Nguồn chất thải thường bao giờ cũng khá lớn so với sản phẩm thu được.
Trong đó, nghề nuôi trồng nấm sau khi thu hoạch cũng thải ra nhiều phế liệu, phế

phẩm. Ngoài việc chiếm diện tích sản xuất, nó còn là ổ dịch bệnh đối với nấm trồng,
kể cả con người. Do đó, việc đốt bỏ hoặc thải bỏ dưới dạng rác đều là lãng phí. Một
số trường hợp lên men hiếu khí hoặc kỵ khí để tạo ra sản phẩm cuối là chất mùn bón
Đề tài: Thiết kế nhà máy sản xuất enzyme Cellulase theo phương pháp bề mặt năng suất
20 tấn/ngày.
SVTH: Trần Thị Thanh Nhã - Lớp: 10SHLT
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP -16- GVHD: Ths. Nguyễn Hoàng Minh
lại cho đất, nhưng quá trình này thường cần thời gian dài và làm mất đi một lượng
lớn năng lượng dưới dạng nhiệt năng. Nghiêm trọng hơn là các khí thải, nước thải,
mầm bệnh… còn làm ô nhiễm môi trường xung quanh.
Từ những hạn chế trên, thì việc tận dụng các phế liệu này sản xuất chế phẩm
enzyme cellulase là nhằm hợp lý hoá nguồn nguyên liệu và giải quyết tình trạng ô
nhiễm môi trường do các chất thải nông nghiệp gây ra. Giải pháp này còn được gọi
là giải pháp sinh học nhằm biến đổi phế liệu nông lâm nghiệp thành sản phẩm chất
lượng cao.
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 bề sâu.
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, quy 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
Đề tài: Thiết kế nhà máy sản xuất enzyme Cellulase theo phương pháp bề mặt năng suất
20 tấn/ngày.
SVTH: Trần Thị Thanh Nhã - Lớp: 10SHLT
40%
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP -17- GVHD: Ths. Nguyễn Hoàng Minh
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 enzyme Cellulase theo phương pháp bề mặt năng suất
20 tấn/ngày.
SVTH: Trần Thị Thanh Nhã - Lớp: 10SHLT
Bã thải nấm
Trấu
Phối trộn
W:60%
Thanh trùng
140
0
C
Chủng Aspergillus niger
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, 3 – 5 ngày, w = 60%
Thu nhận chế phẩm (W: 60%)
enzyme
Đậu tương, cám gạo
Nghiền, định lượng
Nước
Phân loại, làm sạch
Định lượng
Nghiền, định lượng
Làm sạch, định
lượng
Khoáng chất
60%
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP -18- GVHD: Ths. Nguyễn Hoàng Minh
3.2 Thuyết minh dây chuyền công nghệ
3.2.1 Nguyên liệu
3.2.1.1 Nguyên liệu bã thải nấm
- 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: Bã thải nấm nhập vào kho bảo quản chờ sản xuất. Khi sản xuất, bã
thải từ kho chuyển đến máy nghiền tán để nghiền đến mức độ công nghệ yêu cầu.
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.
Đề tài: Thiết kế nhà máy sản xuất enzyme Cellulase theo phương pháp bề mặt năng suất
20 tấn/ngày.
SVTH: Trần Thị Thanh Nhã - Lớp: 10SHLT
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
Trích lyBã
Bao gói
Bao gói

Nước
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP -19- GVHD: Ths. Nguyễn Hoàng Minh
- 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 đậu tương
Nghiền, định lượng:
- Mục đích: Đậu tương được nghiền và bổ sung vào nguyên liệu nhằm tạo đủ
điều kiện dinh dưỡng cho mốc phát triển tốt.
- Cách tiến hành: Đậu tương từ kho chứa được nghiền đạt kích thước cần thiết
sau đó được định lượng vào thiết bị phối trộn.
3.2.1.4 Nguyên liệu cám gạo
Nghiền, định lượng
- Mục đích: Bổ sung nguồn cacbon tạo điều kiện cho mốc phát triển tốt và tạo
ra hàm lượng enzyme cao.
- Cách tiến hành: Cám gạo 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 bã thải, trấu, đậu tương, nước, muối khoáng và các
chất dinh dưỡng 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.
- 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 đến 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.
Đề tài: Thiết kế nhà máy sản xuất enzyme Cellulase theo phương pháp bề mặt năng suất
20 tấn/ngày.
SVTH: Trần Thị Thanh Nhã - Lớp: 10SHLT
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP -20- GVHD: Ths. Nguyễn Hoàng Minh
- 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
Để phù hợp với môi trường được chọn ta chọn giống nuôi cấy là Aspergillus
niger có khả năng sinh tổng hợp enzyme cellulase cao.
Giống trong ống nghiệm được giữ ở trạng thái hoạt động bằng cách cấy chuyền
mỗi tháng một lần trong các môi trường thạch czapek.
Thành phần môi trường thạch czapek:
Nước 1000ml
Saccroza 30g
NaNO
3
3g
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.
Đề tài: Thiết kế nhà máy sản xuất enzyme Cellulase theo phương pháp bề mặt năng suất
20 tấn/ngày.
SVTH: Trần Thị Thanh Nhã - Lớp: 10SHLT
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP -21- GVHD: Ths. Nguyễn Hoàng Minh
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 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.
Đề tài: Thiết kế nhà máy sản xuất enzyme Cellulase theo phương pháp bề mặt năng suất
20 tấn/ngày.
SVTH: Trần Thị Thanh Nhã - Lớp: 10SHLT
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP -22- GVHD: Ths. Nguyễn Hoàng Minh
+ 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.
+ 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.
Đề tài: Thiết kế nhà máy sản xuất enzyme Cellulase theo phương pháp bề mặt năng suất
20 tấn/ngày.
SVTH: Trần Thị Thanh Nhã - Lớp: 10SHLT
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP -23- GVHD: Ths. Nguyễn Hoàng Minh
- 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.
- 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.
Đề tài: Thiết kế nhà máy sản xuất enzyme Cellulase theo phương pháp bề mặt năng suất
20 tấn/ngày.
SVTH: Trần Thị Thanh Nhã - Lớp: 10SHLT
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP -24- GVHD: Ths. Nguyễn Hoàng Minh
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.
3.2.14 Bao gói
Sau khi thu được chế phẩm enzyme dạng bột ta đem đi đóng gói bằng thiết bị
bao gói tự động khối lượng của mỗi gói tùy thuộc vào nhu cầu khách hàng.
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
+ Giỗ Tổ Hùng Vương 1 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
Bảng 4.1: Kế hoạch sản xuất của phân xưởng sản xuất trong năm như sau
Đề tài: Thiết kế nhà máy sản xuất enzyme Cellulase theo phương pháp bề mặt năng suất
20 tấn/ngày.
SVTH: Trần Thị Thanh Nhã - Lớp: 10SHLT
Tháng 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
Ngày làm việc 26 24 27 25 27 26 26 27 26 26 26 27
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP -25- GVHD: Ths. Nguyễn Hoàng Minh
Như vậy sau khi trừ ngày lễ thì số ngày làm việc trong một năm của nhà máy là
305 ngày. Trong đó số ngày ngừng sản xuất để bảo dưỡng và vệ sinh phân xưởng máy
móc thiết bị là 15 ngày. Vậy trong một năm số ngày sản xuất thật sự của phân xưởng là
290 ngày.
Nhà máy làm việc 3 ca/ngày. Số liệu ban đầu
- Tỷ lệ chế phẩm cho dây chuyền sản xuất sản phẩm enzyme thô là 40%.
- Tỷ lệ chế phẩm cho dây chuyền sản xuất sản phẩm enzyme kỹ thuật là 60%.
Thành phần môi trường tính theo lượng chất khô tuyệt đối:
Bã thải nấm : 60% MgSO
4
: 0,05%
Bột đậu tương : 20% KH
2
PO

4
: 0,2%
Cám gạo : 9,6% NH
4
NO
3
: 0,15%
Trấu : 10%
Bảng 4.2: Bảng tỉ lệ hao hụt qua các công đoạn
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 bã thải nấm
Phân loại, làm sạch 3
Nghiền, định lượng 3
Dây chuyền gia công bột đậu tương
Nghiền, định lượng 3
Dây chuyền gia công cám gạo
Nghiền, định lượng 2
Dây chuyền gia công trấu
Làm sạch, định lượng 2
Đề tài: Thiết kế nhà máy sản xuất enzyme Cellulase theo phương pháp bề mặt năng suất
20 tấn/ngày.
SVTH: Trần Thị Thanh Nhã - Lớp: 10SHLT