Thiết kế nhà máy sản xuất enzyme cellulase từ vỏ lụa sắn theo phương pháp bề mặt năng suất 18000kgngày

Đồ Án Tốt Nghiệp GVHD: ThS Nguyễn Hoàng Minh
MỞ ĐẦU
Enzyme là chất xúc tác sinh học, có bản chất protein, hòa tan trong nước và
trong dung dịch muối loãng. Enzyme có phân tử lượng lớn từ 20.000 đến 1.000.000
dalton nên không qua được màng bán thấm.
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 không chỉ có ý nghĩa cho quá trình sinh trưởng, sinh sản của mọi sinh
vật mà nó còn đóng vai trò rất quan trọng trong công nghệ chế biến thực phẩm,
trong y học, trong công nghệ gen và trong bảo vệ môi trường. Vì vậy mà những
nghiên cứu sản xuất enzyme và ứng dụng enzyme được phát triển rất mạnh từ đầu
thế kỉ XX .
Mặt khác, hiện nay 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 đó, 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.
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.
Trên cơ sở đó, tôi được thực hiện đề tài: “Thiết kế nhà máy sản xuất enzyme
cellulase từ vỏ lụa sắn theo phương pháp bề mặt năng suất 18000kg/ngày ”.
Đề tài: Thiết kế nhà máy sản xuất chế phẩm enzyme Cellulase từ vỏ lụa sắn theo

phương pháp bề mặt năng suất 18000kg/ngày.
SVTH: Nguyễn Thị Thúy Nhân
Đồ Án Tốt Nghiệp 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 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 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 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 từ nguồn vỏ lụa sắn 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.
1.4. Hợp tác hoá:
Đề tài: Thiết kế nhà máy sản xuất chế phẩm enzyme Cellulase từ vỏ lụa sắn theo
phương pháp bề mặt năng suất 18000kg/ngày.
SVTH: Nguyễn Thị Thúy Nhân
Đồ Án Tốt Nghiệp GVHD: ThS Nguyễn Hoàng Minh
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.
Đề tài: Thiết kế nhà máy sản xuất chế phẩm enzyme Cellulase từ vỏ lụa sắn theo
phương pháp bề mặt năng suất 18000kg/ngày.
SVTH: Nguyễn Thị Thúy Nhân
Đồ Án Tốt Nghiệp GVHD: ThS Nguyễn Hoàng Minh
Chương 2 : TỔNG QUAN TÀI LIỆU
2.1. Tổng quan về enzym cellulase.[25]
2.1.1. Định nghĩa:

Cellulase là một phức hệ enzym có tác dụng thủy phân cellulose thông qua việc
phân hủy liên kết 1,4 – β – glucoside trong cellulose tạo ra sản phẩm glucose cung
cấp cho công nghệ lên men.
2.1.2. Phân loại:
Cellulase là hệ enzym đa cấu tử gồm: endo-β-1- 4 glucanase, exoglucanase và
β- glucosidase hay có các tài liệu nói đến hai enzym chính của phức hệ enzym này là
enzym Cl và enzym Cx hoạt động phối hợp để thủy phân cellulose thành glucose.
Endo –β- 1,4 – glucanase được gọi là endoglucanase hoặc 1,4 – β – D – glucan – 4 -
glucanohydrolase hay Cmcase. Endo –β-1,4-glucanase thuộc vào dạng 1 của phức
hệ cellulase. Enzym này hoạt động tốt nhất ở pH = 5,5, và nhiệt độ 55
0
C, bền ở 30 –
45
0
C. Hoạt tính cao ở pH =6. Các dung môi hữu cơ ít ảnh hưởng tới enzym này trừ
n- butanol. Các ion kim loại và EDTA nồng độ 4-14 n.M đều làm giảm hoạt tính
enzym.
Dạng 2 là exoglucosidase, gồm 1,4 – β-D-glucan-4-glucanohydrolase và 1,4 - β-D-
glucan cellobiohydrolase (cellobiohydrolase).
Dạng 3 là β-glucosidase hoặc β-glucosidase glucohydrolase.
Enzym Cx có 2 loại : exo 1,4 - β-D-glucanase và endo β-D-glucanase.
Enzym có khả năng phân giải (thủy phân) sợi cellulose tự nhiên, có tính đặc hiệu
không rõ ràng do đó cũng chưa xác định được tên hệ thống của nó.
Endoglucanase thủy phân ngẫu nhiên bên trong phân tử cellulose tạo ra các loại
oligo saccharide 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 (cellobio hydrolase).
2.1.3. Cơ chế thủy phân enzym cellulase [25]:
Đề tài: Thiết kế nhà máy sản xuất chế phẩm enzyme Cellulase từ vỏ lụa sắn theo
phương pháp bề mặt năng suất 18000kg/ngày.

SVTH: Nguyễn Thị Thúy Nhân
Đồ Án Tốt Nghiệp GVHD: ThS Nguyễn Hoàng Minh
Hình 2.1. Quá trình phân giải cellulose của cellulase
- Endo cellulase: xúc tác quá trình cắt liên kết α- 1,4-glucoside trong cellulase,
lignin và α-Dglucan một cách ngẫu nhiên. Sản phẩm của quá trình phân giải là các
cellulase, phân tử nhỏ cellobiose và glucose.
- Exocellulase: cắt 2 hoặc 4 đơn vị glucose từ đầu không khử của chuỗi cellulose tạo
thành cellobiose (disacharide) và một số cellotetrose.
- Cellobiase: tham gia phân giải cellobiose (disacharide) và cellotetrose thành
glucose.
Đề tài: Thiết kế nhà máy sản xuất chế phẩm enzyme Cellulase từ vỏ lụa sắn theo
phương pháp bề mặt năng suất 18000kg/ngày.
SVTH: Nguyễn Thị Thúy Nhân
Đồ Án Tốt Nghiệp GVHD: ThS Nguyễn Hoàng Minh
2.1.4. Ứng dụng của enzym: [24]
2.1.4.1. Cải thiện giá trị dinh dưỡng của thức ăn gia súc:
Sử dụng phối hợp enzym cellulase với các enzym thủy phân khác như pectinase,
hemicellulose,…trong quá trình ủ cỏ xanh có tác dụng phân giải thành tế bào thực
vật, do đó tăng nguồn giá trị dinh dưỡng cho nhóm vi khuẩn lactobacilli lên men
sinh axit lactic, ức chế sự sinh trưởng của các loại vi khuẩn có hại khác.
Trong chăn nuôi (đối với động vật ăn cỏ) nếu thức ăn có trộn thêm cellulase sẽ tăng
sự tiêu hóa, hấp thu thức ăn cho động vật đặc biệt động vật còn non có hệ tiêu hóa
chưa hoàn chỉnh, do đó sẽ giảm chi phí thức ăn cho động vật và chúng sẽ tăng trọng
nhanh.
2.1.4.2.Tăng hiệu suất trích ly các chất từ nguyên liệu thực vật:
Cellulase phá vỡ thành tế bào thực vật giúp cho quá trình trích ly các chất từ thực
vật, từ cây thuốc được dễ dàng. Sử dụng cellulase để phá vỡ tế bào thực vật, tế bào
thực vật mất vách cellulose trở thành tế bào trần. Sử dụng tế bào trần để nghiên cứu
lai tế bào nhằm tạo ra các tế bào lai có những tính trạng mới theo mong muốn.
2.1.4.3. Thủy phân gỗ và các phế liệu giàu cellulose:

Cellulase được ứng dụng trong sản xuất glucose, mật đường từ nguyên liệu giàu
cellulose như rơm, rạ….dùng làm thức ăn cho người và động vật.
Dịch đường sau khi thủy phân làm nguồn nuôi cấy nấm men rất tốt. Sử dụng
cellulase của T.viride để chuyển hóa nguyên liệu có cellulose thành ethanol đang
được nghiên cứu và áp dụng. Theo biện pháp này, nếu tận dụng được 3 triệu tấn
cellulose trong phế liệu hằng năm ở Mỹ thì có thể thõa mãn tới 20% nhu cầu nhiên
liệu của nước này. Người ta thấy rằng nếu trộn xăng với ethanol sẽ làm giảm đáng
kể chi phí nhiên liệu cho các loại xe máy, oto và bớt khói bụi.
2.1.4.4. Trong công nghệ thực phẩm:
Trong quá trình sản xuất các loại nước quả và nước uống không cồn dựa trên quá
trình trích ly dịch quả từ thịt nghiền. Dịch này thường chứa các thành phần tế bào
thịt quả và các thành phần của polysaccharide làm cho dịch quả có độ nhớt cao. Để
tăng hiệu suất trích ly dịch quả, giảm bớt độ nhớt, tăng mức cảm quan nước quả và
giảm bớt một số công đoạn, việc bổ sung endoglucanase rất quan trọng. Enzym này
là điểm mấu chốt cải thiện hiệu suất dịch hóa. Sự kết hợp giữa endoglucanase và
Đề tài: Thiết kế nhà máy sản xuất chế phẩm enzyme Cellulase từ vỏ lụa sắn theo
phương pháp bề mặt năng suất 18000kg/ngày.
SVTH: Nguyễn Thị Thúy Nhân
Đồ Án Tốt Nghiệp GVHD: ThS Nguyễn Hoàng Minh
petinase sẽ phá hủy hoàn toàn màng tế bào. Trong quá trình sản xuất, ở giai đoạn
dịch hóa bổ sung hỗn hợp các enzym cellulase, hemicellulase sẽ đem lại hiệu quả
của chế phẩm, làm cho độ đồng thể của nước quả thịt sẽ tốt hơn.
Trong công nghệ sản xuất bia, các chế phẩm enzym amylase, protease và glucanase
đã được sử dụng để ngăn chặn sự hình thành các diacetyl, rút ngắn thời gian ủ bia.
Trong quá trình sản xuất cà phê ở Việt Nam, cà phê chủ yếu được sản xuất bằng
phương pháp khô, phương pháp này cho chất lượng cà phê không cao. Để tiến hành
nâng cao chất lượng cà phê, phương pháp lên men đã được ứng dụng. Đó là quá
trình sử dụng phức hệ enzym cellulase và pectinase để xử lý bóc vỏ cà phê và làm
tăng khả năng trích ly dịch quả . Trong khâu bóc vỏ, cellulose gây hiện tượng thẫm
màu, làm giảm chất lượng sau khi sấy, đồng thời cản trở quá trình bóc vỏ. Khi sử

dụng chế phẩm Asp. niger có tên thương mại Biovina -09 có hoạt tính pectinase và
cellulase cho thấy số lượng cà phê được bóc vỏ tăng, hạt cà phê được bóc bằng chế
phẩm không còn nhớt và hiệu suất trích ly cao.
2.1.5. Tình hình sản xuất enzym cellulase ở Việt Nam và trên Thế giới [25]:
Enzym cellulase kỹ thuật chủ yếu được thu nhận từ T. reesei, Asp.niger và gần đây
là từ các chủng vi khuẩn. Ở Nhật, cellulase kỹ thuật thu nhận từ T.viride bằng
phương pháp nuôi cấy bề mặt theo quá trình koji như sau: cám mỳ được xử lý nhiệt,
cấy bào tử vào, nuôi ủ vào khay dưới các điều kiện ( pH, nhiệt độ, độ ẩm…) tối ưu.
Sau 3-5 ngày, môi trường lên men được chiết với nước, dịch chiết được cô đặc và
enzym được tủa bằng alcohol. Thậm chí ngày nay, một vài công ty còn sản xuất
enzym cellulase từ Trichoderma theo quá trình koji. Tương tự, có thể áp dụng quá
trình này để sản xuất enzym cellulase từ Asp. niger. Theo Yamada (1977), khoảng
45 tấn cellulase được sản xuất từ T.viride và Asp.niger vào năm 1976.
Việc sản xuất cellulase bằng phương pháp chìm được mô tả đầu tiên trong các
patent của Nhật ( Kawaji etal.1964).
Ở Mỹ, phòng thí nghiệm của quân đội Mỹ ở Natik và trường đại học Rutgers lần
đầu tiên sử dụng chủng T.viride QM 6 hoang dại để sản xuất enzym cellulase. Sau
đó gây đột biến và chọn lọc được biến chủng QM9414 có khả năng sinh ra cellulase
cao ( Rehm, 1983).
Đề tài: Thiết kế nhà máy sản xuất chế phẩm enzyme Cellulase từ vỏ lụa sắn theo
phương pháp bề mặt năng suất 18000kg/ngày.
SVTH: Nguyễn Thị Thúy Nhân
Đồ Án Tốt Nghiệp GVHD: ThS Nguyễn Hoàng Minh
Ở Pháp hãng Ly Ven sản xuất enzym cellulase từ T. reesei và từ Asp.niger sử dụng
trong công nghiệp thực phẩm.
Ở Canada, hãng Logene sản xuất enzym cellulase sử dụng trong thức ăn gia súc,
công nghiệp giấy, chế biến hạt, sản xuất ethanol.
Loại chế phẩm được sản xuất ở Liên Xô sử dụng trong chăn nuôi có tên gọi là
“cellolignorin”. Đây là sản phẩm nuôi cấy T. Lignorum đã sấy khô đến chỉ còn 13%
độ ẩm, chứa 1-50 đơn vị cellulase/g . Ngoài các endoglucanase và exo glucanase

còn có hemicellulase, pectinase và xylanase, pH thích hợp nhất cho chế phẩm này
hoạt động từ 4,0 – 5,5.
Ở Nhật Bản hãng Nagaze, Amano, dsiva kasei – zenihon sejkage hằng năm đã sản
xuất đến 8000 tấn chế phẩm enzym các loại để dùng trong nông nghiệp. Enzym
“Penxenlase” chứa enzym cellulase, hemicellulase, protease và amylase. Hoạt tính
có các loại 500, 1000 và 1500 đơn vị/gam, pH thích hợp từ 4,0 – 5,5. Nhiệt độ thích
hợp là 60
0
C.
Chế phẩm cellulase “Onozuka” chứa cellulase và hemicellulase. Chế phẩm này thu
được từ các dịch nuôi cấy bề mặt nấm T. viride . Các điều kiện thích hợp như pH,
nhiệt độ cũng tương tự Pancellase.
Chế phẩm enzym “ Celluzin” thu được từ nuôi cấy chìm nấm Asp.niger. Hoạt tính
cellulase khoảng 450000 đơn vị/g.
Ở Mỹ, chế phẩm “ Biozim” được sản xuất bằng phương pháp nuôi cấy bề mặt nấm
A.Oryzae. Chế phẩm này chứa 26 loại enzym khác nhau, trong số này có cellulase,
amylase….
Ở Bugari có loại chế phẩm “Xeaza T” chứa hoạt tính exoglucanase 268 đơn vị /g và
endoglucanase 92 đơn vị/g. pH thích hợp từ 4,0 – 5,5.
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.
Đề tài: Thiết kế nhà máy sản xuất chế phẩm enzyme Cellulase từ vỏ lụa sắn theo
phương pháp bề mặt năng suất 18000kg/ngày.
SVTH: Nguyễn Thị Thúy Nhân
Đồ Án Tốt Nghiệp GVHD: ThS Nguyễn Hoàng Minh

Năm 2003, Hoàng Quốc Khánh và cộng sự đã nghiên cứu khả năng sinh tổng
hợp và đặc điểm cellulase từ chủng Aspergillus niger.
2.2. Tổng quan về hệ Vi sinh vật phân giải cellulase:
2.2.1. Vi Khuẩn [16]:
Trong điều kiện hiếu khí, có rất nhiều vi khuẩn Có khả e phân hủy cellulose nhờ vào
hệ enzym cellulose của chúng. Cellulase là một phức hệ enzyme thủy phân cellulose
tạo ra các đường đủ nhỏ để đi qua vách tế bào vi khuẩn. Ở một số vi khuẩn, enzym
oxy hóa khử và enzym phân hủy protein cũng tham gia vào quá trình trên. Một số
loài vi khuẩn tiêu biểu có khả năng phân hủy cellulose trong điều kiện hiếu khí:
Acetobacter xilinum, Achromabacter, Bacillus subtilis, Celvibrio fulvus, Cytophaga,
Cellulomonas biazotea…
2.2.2. Niêm vi khuẩn [17]:
Trong điều kiện hiếu khí, các vi sinh vật tham gia vào việc phân hủy 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 hủy 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 bề mặt các vật liệu chứa cellulose, niêm vi khuẩn phát triển trong dạng thể
nhầy không có hình dạng nhất định, lan rộng, vô màu, màu vàng, da cam hoặc đỏ.
Niêm vi khuẩn có thể sử dụng nguồn carbon không chỉ cellulose mà còn có cả các
nguồn hydrat carbon khác như tinh bột chẳng hạn. Tuy nhiên, các loài giống
Cytophaga, 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 hóa các sản
phẩm của sự phân giải cellulose thành CO
2
và H
2
O.
2.2.3. Xạ khuẩn [18]:

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 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.
Đề tài: Thiết kế nhà máy sản xuất chế phẩm enzyme Cellulase từ vỏ lụa sắn theo
phương pháp bề mặt năng suất 18000kg/ngày.
SVTH: Nguyễn Thị Thúy Nhân
Đồ Án Tốt Nghiệp GVHD: ThS Nguyễn Hoàng Minh
Xạ khuẩn tham gia tích cực vào các quá trình chuyển hóa nhiều hợp chất hữu cơ
trong tự nhiên. Chúng sinh sản ra chất kháng sinh từ acid amin tạo thành trong qúa
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 mốc gây hại.
Khả năng phân giải cellulose của xạ khuẩn đã được nghiên cứu nhiều. Harmsen
(1964) chia xạ khuẩn phân hủy cellulose ra lam ba nhóm A, B, C. Nhóm B và C
phân hủy cellulose rất mạnh. 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. Cellulose.
+ 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.
2.3.4. Nấm sợi [25]:
Có nhiều loài nấm sợi có khả năng sinh ra 1 lượng lớn cellulase thuộc giống
Alternaria, Trichoderma, Myrothecium, Aspergillus… Trong đó có 2 giống nấm sợi
là Trichoderma và Aspergillus đã được nhiều nhà khoa học nghiên cứu để sản xuất
cellulase. Trong đồ án thiết kế của tôi, tôi sử dụng chủng nấm mốc Aspergillus
niger.
Nấm sợi Aps. niger
Vị trí phân loại và các đặc điểm sinh lý, sinh hóa và sinh thái.

Vị trí phân loại của Asp.niger được xếp như sau:
Lớp: Deuteromyces
Bộ: Moniliales
Họ : Moniliaceace
Giống: Aspergillus
Nhóm : Aspergillus niger.
Khuẩn lạc Asp. niger trên môi trường Czapek geast extract agar (CYA) có dạng lông
nhung, khi còn non có màu trắng, khi già có màu đen, mặt trái của peptri thường có
màu vàng nhạt đến vàng sáng.
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 2 lớp thể bình, lớp thứ nhất hình tam giác
Đề tài: Thiết kế nhà máy sản xuất chế phẩm enzyme Cellulase từ vỏ lụa sắn theo
phương pháp bề mặt năng suất 18000kg/ngày.
SVTH: Nguyễn Thị Thúy Nhân
Đồ Án Tốt Nghiệp GVHD: ThS Nguyễn Hoàng Minh
cân ngược, lớp thứ hai hình chai, sinh ra bào tử đính hình cầu, bào tử đính có đường
kính 4 -5 µm, có màu nâu 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 (panasenko, 1967). A.niger là nấm sợi chịu khô. Ayerst (1966) cho
biết bào tử đính có thể nẩy mầm trong môi trường có thế nước 0,77 ở 37
0
C.
Asp.niger có thể sinh trưởng ở pH =2 trong điều kiện có thế nước cao (pitt,1981).

Độc tố: Asp.niger được xem là nấm sợi không sinh độc tố và được sử dụng rộng rãi
trong chế biến thực phẩm. Các enzym thủy phân thu nhận được từ chủng này không
gây đột biến vi khuẩn và các mô của chuột. Tuy nhiên, theo thống tin gần đây có 2
trong số 19 chủng Asp.niger phân lập được sinh ra Ochratoxin A (Abarca, 1994)
Sinh thái: Asp.niger chiếm ưu thế ở vùng khí hậu nhiệt đới. Bào tử đính màu đen
nên không bị ảnh hưởng bởi tia mặt trời và tia UV. Asp.niger thường được phân lập
từ các sản phẩm phơi nắng: cá, cây gia vị.
Các đặc tính và cấu trúc của hệ cellulase từ Asp.niger
Theo Hurst (1977), endoglucanase từ Asp.niger có trọng lượng phân tử là 26000
Dalton, hoạt động ở Ph và nhiệt độ tối ưu là 4,0 và 45
0
C. Galas và Romanowska
(1997), cho biết β-glucosidase từ A.niger có trọng lượng phân tử khoảng 200 kDa,
điểm đẳng điện là 4,05 và chứa 33% carbohydrate. Enzym này thủy phân cellobiose
ở pH và nhiệt độ tối ưu tương ứng là 4,8 và 65
0
C.
Hình 2.2. Cấu trúc tinh thể của endoglucanase từ Asp.niger
Đề tài: Thiết kế nhà máy sản xuất chế phẩm enzyme Cellulase từ vỏ lụa sắn theo
phương pháp bề mặt năng suất 18000kg/ngày.
SVTH: Nguyễn Thị Thúy Nhân
Đồ Án Tốt Nghiệp GVHD: ThS Nguyễn Hoàng Minh
2.2.4. Thành phần môi trường nuôi cấy vi sinh vật cellulase [15]:
2.2.4.1. Nguồn carbon:
Theo lý thuyết sinh tổng hợp của enzym cảm ứng, trong môi trường nuôi cấy vi sinh
vật sinh cellulase nhất thiết phải có cellulose là chất cảm ứng và là nguồn carbon.
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 carbon là giấy lọc cho hoạt tính enzym 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 enzym cellulase còn là cellobiosooctacetat, cám mì, lactose
salicyl. Đối với Stachybotrit atra nguồn carbon tốt nhất để sinh tổng hợp cellulase là
tinh bột 1%.
Các nguồn carbon 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 phát triển, không cảm ứng tổng hợp enzyme.
2.2.4.2. Nguồn Nito:
Các nguồn nito vô cơ thích hợp nhất đối với các sinh vật cellulase là muối nitrat.
Đối với các giống của bộ nấm bông nguồn nito 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 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 tinhs 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.
2.2.4.3. Nguồn khoáng chất:
Đề tài: Thiết kế nhà máy sản xuất chế phẩm enzyme Cellulase từ vỏ lụa sắn theo
phương pháp bề mặt năng suất 18000kg/ngày.
SVTH: Nguyễn Thị Thúy Nhân
Đồ Án Tốt Nghiệp GVHD: ThS Nguyễn Hoàng Minh
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
enzym này ở nhiều chủng. Nồng độ tối thích của Zn: 0,11 – 22 mg/l, Fe: 2- 10 mg/l,
Mn: 3,4 – 27,2 mg/l.
2.2.4.4. Chất kích thích sinh trưởng:
Biotin và tiamin trong môi trường dinh dưỡng không có ảnh hưởng đến sinh tổng
hợp enzym này.
2.2.5. Phương pháp nuôi cấy: [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.
+ 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.
2.2.6. Một số lưu ý trong quá trình sinh tổng hợp enzyme cellulase:
- Nhiều nhà nghiên cứu cho biết cellulase 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 ảnh
hưởng lớn đến năng suất của quá trình nuôi cấy.
Đề tài: Thiết kế nhà máy sản xuất chế phẩm enzyme Cellulase từ vỏ lụa sắn theo
phương pháp bề mặt năng suất 18000kg/ngày.
SVTH: Nguyễn Thị Thúy Nhân
Đồ Án Tốt Nghiệp GVHD: ThS Nguyễn Hoàng Minh
- 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 đa số nấm tích tụ cellulase là 4,6. Nhiệt độ enzyme
chịu được 90 – 100
0
C trong vài phút như cellulose của Tricoderma viride, khi nâng
100
0
C/ 5 phút hoạt tính vẫn giữ được 96%.
2.3 Tổng quan về vỏ lụa sắn:
2.3.1. Cấu tạo của củ sắn:[19]
Củ sắn có kích thước trung bình dài 25 – 38 cm, đường kính 3-6cm. 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 0,3 ÷ 0,5 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.
Cấu tạo của củ sắn gồm 4 phần chính: + 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, 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.
Đề tài: Thiết kế nhà máy sản xuất chế phẩm enzyme Cellulase từ vỏ lụa sắn theo
phương pháp bề mặt năng suất 18000kg/ngày.
SVTH: Nguyễn Thị Thúy Nhân
Đồ Án Tốt Nghiệp GVHD: ThS Nguyễn Hoàng Minh
+ 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.
2.3.2. Tình hình cây sắn: [21]
- 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).
- Sản xuất và tiêu thụ sắn tại Việt Nam: [ 22]
+ 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
Đề tài: Thiết kế nhà máy sản xuất chế phẩm enzyme Cellulase từ vỏ lụa sắn theo
phương pháp bề mặt năng suất 18000kg/ngày.
SVTH: Nguyễn Thị Thúy Nhân
Đồ Án Tốt Nghiệp GVHD: ThS Nguyễn Hoàng Minh
nông hộ. Sắn chủ yếu dùng để bán (48,6%) tiếp đến dùng làm thức ăn gia súc (22,4%),
chế biến thủ công (16,8%), chỉ có 12,2% dùng tiêu thụ tươi.
+ 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. Việt Nam có 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.
2.2.3. Tình hình ô nhiễm ở nhà máy tinh bột sắn:
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 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 thối vừa làm ô nhiếm nguồn nước, gây ảnh hưởng đến cuộc sống cũng như sức
khỏe cho 287 hộ, 1235 nhân khẩu ở đây.
Đề tài: Thiết kế nhà máy sản xuất chế phẩm enzyme Cellulase từ vỏ lụa sắn theo
phương pháp bề mặt năng suất 18000kg/ngày.
SVTH: Nguyễn Thị Thúy Nhân
Đồ Án Tốt Nghiệp GVHD: ThS Nguyễn Hoàng Minh
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.
Đề tài: Thiết kế nhà máy sản xuất chế phẩm enzyme Cellulase từ vỏ lụa sắn theo
phương pháp bề mặt năng suất 18000kg/ngày.
SVTH: Nguyễn Thị Thúy Nhân
Đồ Án Tốt Nghiệp GVHD: ThS Nguyễn Hoàng Minh
- 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, phương pháp này ít được dùng.
Vì vậy tôi sẽ 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 từ vỏ lụa sắn theo
phương pháp bề mặt năng suất 18000kg/ngày.
SVTH: Nguyễn Thị Thúy Nhân

Đồ Án Tốt Nghiệp GVHD: ThS Nguyễn Hoàng Minh
Đề tài: Thiết kế nhà máy sản xuất chế phẩm enzyme Cellulase từ vỏ lụa sắn theo
phương pháp bề mặt năng suất 18000kg/ngày.
SVTH: Nguyễn Thị Thúy Nhân
Khoáng chất
Vỏ sắn khô
Trấu
Phối trộn
W:60%
Thanh trùng
140
0
C
Giống 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
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 lyBã
Phân loại, làm sạch
Định lượng
Nghiền, định lượng
Làm sạch, định
lượng
Bao gói
Bao gói
Nước
Đồ Án Tốt Nghiệp GVHD: ThS Nguyễn Hoàng Minh
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.
Đề tài: Thiết kế nhà máy sản xuất chế phẩm enzyme Cellulase từ vỏ lụa sắn theo
phương pháp bề mặt năng suất 18000kg/ngày.
SVTH: Nguyễn Thị Thúy Nhân
Đồ Án Tốt Nghiệp 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 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.

- 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.
Đề tài: Thiết kế nhà máy sản xuất chế phẩm enzyme Cellulase từ vỏ lụa sắn theo
phương pháp bề mặt năng suất 18000kg/ngày.
SVTH: Nguyễn Thị Thúy Nhân
Đồ Án Tốt Nghiệp GVHD: ThS Nguyễn Hoàng Minh
Thành phần môi trường thạch sapec:
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.
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:
Đề tài: Thiết kế nhà máy sản xuất chế phẩm enzyme Cellulase từ vỏ lụa sắn theo
phương pháp bề mặt năng suất 18000kg/ngày.
SVTH: Nguyễn Thị Thúy Nhân
Đồ Án Tốt Nghiệp GVHD: ThS Nguyễn Hoàng Minh
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.
+ 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 từ vỏ lụa sắn theo
phương pháp bề mặt năng suất 18000kg/ngày.
SVTH: Nguyễn Thị Thúy Nhân
Đồ Án Tốt Nghiệp GVHD: ThS Nguyễn Hoàng Minh
+ 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.
- Cách thực hiện:
Canh trường nấm mốc sau khi sấy được gàu tải chuyển sang máy nghiền.
Đề tài: Thiết kế nhà máy sản xuất chế phẩm enzyme Cellulase từ vỏ lụa sắn theo
phương pháp bề mặt năng suất 18000kg/ngày.
SVTH: Nguyễn Thị Thúy Nhân
Đồ Án Tốt Nghiệp GVHD: ThS Nguyễn Hoàng Minh
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 từ vỏ lụa sắn theo
phương pháp bề mặt năng suất 18000kg/ngày.
SVTH: Nguyễn Thị Thúy Nhân