kỹ thuật sản xuất giấy từ sinh khối acetobacter xylinum

KỸ THUẬT SẢN XUẤẤT GIẤẤY TỪ
SINH KHỐẤI ACETOBACTER XYLINUM
HỌC VIÊN THỰC HIỆN:
1/ TRẦN THỊ LINH GIANG 12310727
2/ HUỲNH DƯƠNG THẢO NGUYÊN 12310740
3/ NGUYỄN TẤN ĐỨC 12310726

MÔN: KỸ THUẬT THU NHẬN SINH KHỐI VSV
NGÀY BÁO CÁO: T7 09/03/2013 – P.203 B2


Ý NGHĨA ĐỀ TÀI


Giấy là mặt hàng thiết yếu của mọi người: bao bì giấy, giấy in, giấy vẽ, giấy dán tường.



Hiện nay, nguồn sản xuất giấy thông thường là cây gỗ, mùn cưa, dăm bào, sợi bông, cỏ khô, gai, đay, bã mía.



Cần khoảng 2,2 - 4,4 tấn gỗ để sản xuất một tấn bột giấy.



Năm 2012, Mỹ đứng đầu với sản lượng 50 triệu tấn, Trung Quốc ở vị trí thứ hai với 20 triệu tấn.



Nhu cầu sử dụng giấy ngày càng cao nhưng nguồn cung cấp bột giấy lại đang bị khan hiếm nghiêm trọng.

+ Trong tình hình như vậy, một số chiến lược đã được đặt ra:
1/ Quy hoạch những vùng trồng cây nguyên liệu giấy nhiều hơn, tạo ra giống cây phát triển nhanh.
2/ Tìm một cách thức khác để sản xuất giấy, trong đó sản xuất từ sinh khối vi khuẩn Acetobacter xylinum được chú ý 
phát triển.


VÀI NÉT VỀ GIẤY
Giấy là một loại vật liệu được làm từ cellulose thực vật. 
Các tiêu chuẩn đánh giá chất lượng giấy: Độ trắng, định lượng giấy, tỷ trọng, độ đục, độ bền bề mặt, độ bền kéo, độ ẩm, 
độ hút nước, độ nhám và độ tro.
Trong đó độ bền cơ lý của giấy thường được biểu thị qua các chỉ số cơ bản sau:
1/ Độ chịu kéo
2/ Độ chịu gấp
3/ Độ chịu bục
4/ Độ chịu xé
5/ Độ chịu giãn

Các thí nghiệm kiểm tra chất lượng giấy


CHẤT LƯỢNG GIẤY IN
Tính chất
2
1. Định lượng, g/m  

Mức
70-100 

3

2. Tỷ trọng, g/cm , không nhỏ hơn 

0,75 

3. Độ bền kéo, m, không nhỏ hơn 

2500 

2
4. Độ hút nước, g/m  

20-30 

5. Độ bền bề mặt, không nhỏ hơn 

14 

6. Độ trắng ISO, %, không nhỏ hơn 

88 

7. Độ đục, %, không nhỏ hơn 

85 

8. Độ nhám, ml/phút, không lớn hơn 

220 

9. Độ tro, %, không nhỏ hơn 

15 

10. Độ ẩm, % 

6,0±1,0 
Giấy in phải có chất lượng đảm bảo


QUY TRÌNH SẢN XUẤT GIẤY


HẠN CHẾ CÔNG NGHỆ
Nguyên liệu: GỖ  khan hiếm
Khắc phục:
+ Tái chế giấy: sử dụng giấy phế liệu làm bột giấy tuy nhiên sản 
phẩm có độ bụi cao, chất lượng kém.
+ Trồng rừng: thời gian lâu, diện tích lớn, rủi ro nhiều nhưng là 
một hướng phát triển bền vững.
+ Tiết kiệm giấy: chuyển sang sử dụng máy tính bảng, máy đọc 
sách, email, file word 

Diện tích rừng đang suy giảm nhanh chóng một
phần do phá rừng để làm giấy.


HẠN CHẾ CÔNG NGHỆ
Chất thải:
+ Nấu bột giấy thải ra các hợp chất dạng lỏng chứa S, khí SO2, H2S, 
mercaptan 

+ 1 tấn bột giấy cần 100kg các hợp chất chứa Cl.
3
+ 100 - 350 m  nước/tấn giấy  cạn nguồn nước ngọt, ô nhiễm môi 
trường.
Khắc phục:
+ Thay thế Cl bằng hydroperoxide. 
+ Công nghệ organocell không sử dụng lưu huỳnh, giảm lượng nước sử 
3
dụng còn 7 – 15 m  nước/tấn giấy.
Nguồn nước sạch đang thiếu hụt nghiêm trọng
ở nhiều nơi trên thế giới.


SO SÁNH CÔNG NGHỆ
Giấy từ gỗ
Nước thải

Gỗ

Nước

Hóa

Năng

sạch

chất

lượng

Giấy từ vi khuẩn
Nước thải

Vi

Nước thải
thực
Vi sinh

Hóa

Năng

khuẩn

vật
phẩm

chất

lượng


VI KHUẨN ACETOBACTER XYLINUM
Giới: Bacteria
Ngành: Proteobacteria
Lớp: Alphaproteobacteria
Bộ: Rhodospirillales
Họ: Acetobacteraceae

Giống: Acetobacter xylinum
Trực khuẩn, Gram âm
+ Phát triển tốt trên môi trường nước dừa già, pH 4,5 tạo màng BC sau 7 
ngày ở nhiệt độ phòng.
+ Trọng lượng ướt khoảng 700 g/L/800 cm2 diện tích bề mặt. Khi sấy 
khô còn khoảng 7 g. Độ hút nước 99%.


SO SÁNH SẢN PHẨM
Bacterial cellulose
Plant cellulose

100% hemicellulose

38-50% cellulose, 23-32% hemicellulose, 15-25% lignin

+ Cấu trúc mạng tinh thể mịn, kích thước sợi nhỏ hơn 1000 lần so với sợi cellulose thực vật.
+ Kích thước ổn định, sức căng và độ bền sinh học cao. Có thể sản xuất ra giấy có độ xốp và độ dày lớn.
+ Khả năng giữ nước mạnh và hấp thụ nước cực tốt. Có độ tinh sạch cao.
+ Bền cơ tốt nên khó để xé, chịu nhiệt tốt: tinh thể BC có độ bền cao, ứng suất dài lớn, trọng lượng nhẹ. Dễ phân huỷ sinh học.


XU HƯỚNG NGHIÊN CỨU
Các tác giả trên thế giới đang tập trung nghiên cứu sản xuất giấy từ sinh khối Acetobacter xylinum vì những lý do sau:

•

Mặt lợi về  kinh tế: lên men trên nguồn nguyên liệu rẻ tiền

•

Mặt lợi về công nghệ: công nghệ sản xuất rút ngắn nhiều công đoạn so với công nghệ sản xuất giấy hiện tại.

•

Mặt lợi về chất lượng: chất lượng giấy vi sinh vật tốt hơn ở một vài tiêu chí như độ bền kéo (gấp đôi so với giấy từ 
thực vật), độ xốp, độ dày, độ hút nước…

•

Mặt lợi về sinh thái: chất thải của quá trình sản xuất giấy vi sinh vật sẽ dễ xử lý hơn so với giấy từ bột gỗ. 


XU HƯỚNG NGHIÊN CỨU
Quốc gia

Ai Cập

Kết quả

Tác giả

Khảo sát sự hình thành sinh khối vi khuẩn Acetobacter xylinum trên Kombucha Mushroom Tea  ở 

Soheir S. Abd El-Salam 

nhiệt độ, diện tích lên men, thành phần môi trường khác nhau. 

(2012)

Kombucha is an effervescent fermentation of sweetened tea that is used as a functional food. Sometimes referred to as a "mushroom" or "mother", the 
kombucha culture is actually a symbiotic colony of bacteria and yeast. (Wikipedia)

Màng BC lên men trên môi trường nước trà Kombucha


XU HƯỚNG NGHIÊN CỨU
Quốc gia

Trung Quốc

Ai Cập

Kết quả

Tác giả

Khảo sát khả năng lên men vi khuẩn Acetobacter xylinum từ nước thải nhà máy dệt nhuộm

Feng Hong và cs (2011)

Bổ sung bột cao lanh trong quá trình tạo màng BC ứng dụng sản xuất giấy

A.H. Basta và cs (2009)

Cấu trúc vi thể màng BC có trộn bột cao lanh

Độ bền kéo

XU HƯỚNG NGHIÊN CỨU
Quốc gia

Thái Lan

Hà Lan

Kết quả

Tác giả

Đánh giá khả năng lên men trên nước ép bã dữa của các chủng vi khuẩn Acetobacter xylinum khác 

Sasithorn Kongrugang 

nhau

(2009)

Khảo sát tính chất màng BC từ vi khuẩn Acetobacter xylinum để ứng dụng vào sản xuất giấy. Tìm ra 

Barbara Surma-Slusarska 

thời gian, nhiệt độ, thành phần môi trường lên men tối ưu.

và cs (2007)

Cấu trúc vi thể màng BC qua từng cấp độ phóng đại

XU HƯỚNG NGHIÊN CỨU
Các hạn chế hiện tại đang được nghiên cứu khắc phục:

•

Dùng rỉ đường để lên men thì màng BC sẽ bị đen, xử lý màu như thế nào?

•

Vi khuẩn không phát triển đồng đều trên diện tích lên men bề mặt lớn, chất lượng màng BC không ổn định.

•

Làm sạch màng BC tốn rất nhiều nước. Xử lý dịch thải ra từ quá trình lên men.

•

Tốn năng lượng để sấy loại ẩm (99% là nước), khảo sát chế độ sấy để đạt chất lượng giấy theo yêu cầu.

•

Giống vi sinh chưa có năng suất lên men tạo màng cao, không tận dụng triệt để môi trường lên men.


SẢN XUẤT GIẤY TỪ MÀNG BC

Thông số:
pH 4
Brix 3%
Tỷ lệ cấy giống 10%

7 ngày
Nhiệt độ phòng


SẢN XUẤT GIẤY TỪ MÀNG BC
Màng BC sau lên men được xử lý với
chất tẩy màu, trung hòa acid, rửa
nước theo quy trình rồi đem sấy.

Chất lượng màng BC đem làm giấy
phụ thuộc rất lớn vào công đoạn xử
lý sau lên men này.


SẢN XUẤT GIẤY TỪ MÀNG BC

Nước dừa già

Mật rỉ

o
Màng BC sau khi sấy ở 110 C trong 2 giờ, sấy
đến khối lượng không đổi.

Nước chua đậu nành

Nước ép bã dứa


MỞ RỘNG HƯỚNG ÁP DỤNG

Màng BC (111 cm x 45 cm)

Chuyển gen tổng hợp màng BC sang E. coli
Màng BC có thể dùng như
một loại vải để may áo


MỞ RỘNG HƯỚNG ÁP DỤNG

Tạo vật liệu có từ tính và lực hút nước trên nền giá thể BC
(R. T. Olsson, 2011), Nature Letters.

Nước được hút lên một cách có định hướng từ nam châm-BC


XIN CHÂN THÀNH CẢM ƠN