Thiết kế nhà máy sản xuất axit glutamic với năng suất 4570 tấn sản phẩm năm

Đồ án tốt nghiệp

1

GVHD: PGS.TS. Trương Thị Minh Hạnh

MỞ ĐẦU
Nước ta có nguồn sắn dồi dào nhất, chúng được trồng ở khắp cả ba miền đất
nước. Với đặc tính dễ trồng, sản lượng cao, đầu tư ít nên tinh bột sắn tương đối rẻ
so với các loại tinh bột khác. Vì vậy tinh bột sắn thích hợp làm nguyên liệu để sản
xuất ra các sản phẩm phục vụ cho công nghiệp thực phẩm.
Trong công nghệ sản xuất và chế biến thực phẩm, bột ngọt (mì chính) là chất
phụ gia thực phẩm được sử dụng khá rộng rãi. Mì chính là muối mononatri của axit
glutamic. Hiện nay ở nước ta vẫn còn ít các nhà máy sản xuất axit glutamic, mà
phần lớn là nhập từ nước ngoài, đây là lợi thế để xây dựng nhà máy sản xuất axit
glutamic cung cấp cho thị trường trong nước.
Axit glutamic thuộc loại axit amin thay thế nhưng có vai trò quan trọng trong
quá trình trao đổi chất ở cơ thể người và động vật.
Axit glutamic tham gia cấu tạo nên chất xám và chất trắng của não, kích
thích các phản ứng oxi hoá của não.
Khi vào cơ thể, axit glutamic chuyển hóa dưới dạng glutamat. Mỗi ngày, cơ
thể cần khoảng 10 gam glutamat, riêng não cần khoảng 2,3 gam glutamat.
Axit glutamic tham gia vào việc tạo thành protein và hàng loạt các axit amin
khác như: alanin, propin, xystin.Vì vậy, trong y học, axit glutamic được xem là chất
bổ não, chữa các bệnh thần kinh phân lập, bệnh chậm phát triển về trí não, về tim
mạch, các bệnh về cơ bắp thịt.
Ngoài ra, axit glutamic là nguồn nguyên liệu chủ yếu để sản xuất bột ngọt và
một số chất điều vị khác, mục đích của nó là tạo hương vị, làm thức ăn thêm ngon
hơn.
Axit glutamic còn là nguồn nguyên liệu khởi đầu cho việc tổng hợp một số
hoá chất quan trọng.

Việc sản xuất axit glutamic là một việc cần thiết, là ngành công nghiệp quan
trọng cho công nghiệp chế biến thực phẩm, dược phẩm nói riêng và ngành công
nghiệp nói chung.

Thiết kế nhà máy sản xuất axit glutamic


Đồ án tốt nghiệp

2

GVHD: PGS.TS. Trương Thị Minh Hạnh

Có nhiều phương pháp sản xuất song có 4 phương pháp cơ bản: tổng hợp hoá học,
thuỷ phân protit, lên men và kết hợp. Song phương pháp lên men có nhiều ưu điểm
hơn: không sử dụng nguyên liệu protit, không cần sử dụng nhiều hoá chất và thiết bị
chịu ăn mòn, hiệu suất cao, giá thành hạ, tạo ra axit glutamic dạng L, có hoạt tính
sinh học cao.
Vì vậy, để đáp ứng nhu cầu trong nước và tiến tới xuất khẩu, nên em được
giao đề tài thiết kế nhà máy sản xuất axit glutamic với năng suất 4570 tấn sản
phẩm/năm.

Thiết kế nhà máy sản xuất axit glutamic


Đồ án tốt nghiệp

3

GVHD: PGS.TS. Trương Thị Minh Hạnh

CHƯƠNG I
LẬP LUẬN KINH TẾ - KỸ THUẬT
Khu vực miền Trung chưa có nhà máy sản xuất axit glutamic trong khi đó
nguồn nguyên liệu phục vụ sản xuất của khu vực cũng rất phong phú. Đây là một
điều kiện rất thuận lợi để chúng ta tiến hành sản xuất loại sản phẩm này nhằm cung
cấp cho thị trường rộng lớn và tiến đến xuất khẩu. Với những ưu điểm như vậy nên
việc xây dựng một nhà máy sản xuất axit glutamic ở Quảng Nam là việc làm hợp lý
và sẽ mang lại hiệu quả kinh tế cao trong quá trình hoạt động.
1.1.Đặc điểm tự nhiên của tỉnh Quảng Nam [16]
Quảng Nam nằm ở trung độ của Việt Nam, phía Bắc giáp Huế và Đà Nẵng,
phía Nam giáp tỉnh Quảng Ngãi, phía Tây giáp CHDCND Lào và tỉnh KonTum,
phía Đông giáp biển Đông.
Khí hậu nhiệt đới gió mùa; độ ẩm không khí trung bình 84%; gió Đông Bắc
từ tháng 10 đến tháng 3 năm sau ( vận tốc gió trung bình 6-10m/s); gió Nam, Đông
Nam, Tây Nam từ tháng 5 đến tháng 8 (vận tốc gió trung bình-6 m/s). Nhiệt độ
trung bình:25,4oC. Mùa đông dao động từ 29-24oC. Lượng mưa trung bình hằng
năm: 2580mm, tập trung trong các tháng 9,10,11( chiếm 85% lượng mưa cả năm).
1.2. Vùng nguyên liệu
Ở Quảng Nam có nhà máy tinh bột sắn FOCOCEV, đồng thời tỉnh Quảng
Nam còn giáp với tỉnh Quảng Ngãi, Bình định sẽ là nguồn cung cấp nguyên liệu
cho nhà máy rất thuận lợi.
1.3. Hợp tác hóa
Để thuận lợi cho việc thu mua nguyên liệu cũng như tiêu thụ sản phẩm, phế
phẩm trong quá trình sản xuất, nhà máy cần hợp tác hóa với các nhà máy khác trong
và ngoài tỉnh như nhà máy đường, nhà máy tinh bột sắn, nhà máy thức ăn gia súc…
cũng như được sử dụng những công trình chung như: điện, nước, giao thông, nước
thải,..để giảm bớt vốn đầu tư xây dựng, rút ngắn thời gian hoàn vốn, hạ giá thành
sản phẩm.
Thiết kế nhà máy sản xuất axit glutamic

Đồ án tốt nghiệp

4

GVHD: PGS.TS. Trương Thị Minh Hạnh

1.4. Nguồn cung cấp điện, hơi và nhiên liệu [34]
Sử dụng từ hệ thống lưới điện quốc gia 500KV truyền tải về KCN bằng đường
dây 110KV. Tại chân KCN có Trạm biến áp 40 MVA (110/22), mạng 22 KV trong
KCN.
Lượng hơi đốt cung cấp cho các phân xưởng lấy từ lò hơi riêng của nhà máy.
Nhiên liệu dùng cho lò hơi là dầu DO được cung cấp từ các trạm xăng dầu trong
tỉnh.
1.5. Nguồn cung cấp nước và vấn đề xử lý nước [34]
Trong KCN có Nhà máy nước công suất 5.000 m3/ngày đêm cung cấp cho các
Nhà máy. Hệ thống thoát nước và xử lý nước thải hoàn chỉnh
1.6.Giao thông vận tải:
Nằm gần Đà Nẵng, là đầu mối giao thông quan trọng của hai miền Nam Bắc.
Cách cảng Tiên Sa 29km về phía Bắc Ngoài ra còn có tuyến quốc lộ 14B nối Đà
Nẵng với Tây Nguyên và Lào, Thái Lan. Do đó thuận lợi cho việc vận chuyển
nguyên liệu và sản phẩm. Kênh vận chuyển đa dạng với đường sắt, đường bộ,
đường thuỷ, đường hàng không là những điều kiện thuận lợi về giao thông.
1.7. Nhân công và thị trường tiêu thụ
Nguồn nhân công sẽ được tuyển từ nguồn lao động của địa phương và các
vùng lân cận, lượng lao động vãn lai cũng dồi dào từ đó có thể thuê nhân công với
giá rẻ.
Thị trường tiêu thụ được chọn là thị trường của cả nước và hướng đến xuất
khẩu sang các nước trong khu vực, đặc biệt là khu vực Đông Nam Á.

1.8. Nguồn tiêu thụ sản phẩm
Nguồn tiêu thụ sản phẩm chủ yếu của công ty là hướng vào công ty Dược
Bình Định Bidiphar, các công ty chế biến thức ăn gia súc, gia cầm trong khu vực vì
đây là các công ty cần một lượng lớn axit glutamic để phục vụ cho sản xuất hàng
năm. Ngoài ra, các phế phẩm trong quá trình sản xuất cũng làm nguyên liệu cho nhà
máy phân bón phục vụ cho trồng trọt.

Thiết kế nhà máy sản xuất axit glutamic


Đồ án tốt nghiệp

5

GVHD: PGS.TS. Trương Thị Minh Hạnh

Bên cạnh đó xuất khẩu sản phẩm sang các nước Lào và Campuchia cũng là thị
trường cần được hướng tới trong quá trình hoạt động của nhà máy.
Kết luận: Với những điều kiện thuận lợi trên là hoàn toàn có thể xây dựng
và đảm bảo cho sự hoạt động của một nhà máy sản xuất axit glutamic tại tỉnh
Quảng Nam.

Thiết kế nhà máy sản xuất axit glutamic


Đồ án tốt nghiệp

6

GVHD: PGS.TS. Trương Thị Minh Hạnh

CHƯƠNG II
TỔNG QUAN VỀ TÀI LIỆU
2.1.Tinh bột sắn [1],[5]
Tinh bột sắn được sản xuất trong quá trình chế biến củ sắn. Có hai loại sắn:
sắn đắng và sắn ngọt khác nhau về hàm lượng tinh bột và xianua. Sắn đắng có nhiều
tinh bột hơn nhưng đồng thời cũng có nhiều axit xyanhydric, khoảng 200 ÷ 300
mg/kg. Sắn ngọt có ít axit xianhydric (HCN) và được dùng làm lương thực, thực
phẩm. Sắn trồng ở các tỉnh phía Bắc chủ yếu là sắn ngọt và tinh bột thu được không
có HCN.
Thành phần hoá học của tinh bột sắn phụ thuộc chủ yếu vào trình độ kĩ thuật
chế biến sắn. Trong tinh bột sắn thường có các thành phần sau:
Tinh bột

Hình 2.1 Tinh bột sắn [17]

:

83 ÷ 88%

[5]

Nước

:

10,6 ÷ 14,4%

Xenluloza

:

0,1 ÷ 0,3%

Đạm

:

0,1 ÷ 0,4%

Chất khoáng :

0,1 ÷ 0,6%

Chất hoà tan :

0,1 ÷ 1,3%

Tinh bột sắn có kích thước xê dịch trong khoảng khá rộng 5 ÷ 40 µm. Dưới
kính hiển vi ta thấy tinh bột sắn có nhiều hình dạng khác nhau từ hình tròn đến hình
bầu dục tương tự tinh bột khoai tây nhưng khác tinh bột ngô và tinh bột gạo ở chỗ
không có hình đa giác.
Cũng như các loại tinh bột khác tinh bột sắn gồm các mạch amilopectin và
amiloza, tỷ lệ amilopectin và amiloza là 4:1. Nhiệt độ hồ hoá của tinh bột sắn nằm
trong khoảng 60 ÷ 800C.
2.2. Mì chính và axit glutamic
2.2.1 Tính chất vật lý [6]

Thiết kế nhà máy sản xuất axit glutamic

Đồ án tốt nghiệp

7

GVHD: PGS.TS. Trương Thị Minh Hạnh

Bột ngọt (còn gọi là mì chính) là muối mononatri của axit glutamic hay nari
glutamat. dễ tan trong nước, thường gọi là mì chính (bột ngọt) được dùng làm gia
vị.
Axit glutamic thuộc loại axit amin có chứa một nhóm amin và hai nhóm
cacboxyl. Điều chế bằng cách tổng hợp hoặc lên men gluxit.
Axit L (+) - glutamic (thường gọi axit glutamic) là những tinh thể không
màu, tonc = 247 - 249oC (phân huỷ), thăng hoa ở 200oC, độ quay cực riêng với tia D
ở 22oC: 31o. Ít tan trong nước, etanol; không tan trong ete, axeton. Đóng vai trò
quan trọng trong việc trao đổi đạm. Dùng trong y học, trong nghiên cứu sinh hoá,
bổ sung vào khẩu phần thức ăn. Axit L (+) - glutamic có vị ngọt của thịt, còn axit D
(–) - glutamic không có vị đó.

Hình 2.2 Cấu trúc phân tử axit glutamic[18]
[29]glutamic [7]
2.2.2.Vai trò của axit
Axit glutamic (còn gọi là axit – aminoglutaric) là hợp chất phổ biến nhất
trong các protein của các loại hạt ngũ cốc, như trong prolamin của các hạt đậu chứa
43-46% axit này. Axit glutamic đóng vai rò rất quan trọng trong việc trao đổi chất
của cơ thể động vật, nhất là các cơ quan não bộ, gan và cơ nâng cho khả năng hoạt
động của cơ thể. Axit glutamic tham gia phản ứng thải loại amoniac, một chất độc
với hệ thần kinh. Amoniac là chất thải trong quá trình trao đổi chất. Axit glutamic

Thiết kế nhà máy sản xuất axit glutamic

Đồ án tốt nghiệp

8

GVHD: PGS.TS. Trương Thị Minh Hạnh

phản ứng với amoniac cho aminoaxit mới là glutamin. Trong y học, axit glutamic
được dùng như thuốc chữa bệnh yếu cơ và choáng.
2.3. Phương pháp sản xuất axit glutamic:
Có nhiều phương pháp để sản xuất axit glutamic, từ các nguồn nguyên liệu
khác nhau. Hiện nay, trên thế giới có bốn phương pháp cơ bản
+

Phương pháp hoá học.

[5, trang13]

Phương pháp này ứng dụng các phản ứng tổng hợp hóa học để tổng hợp nên
axit glutamic và các amino axit khác từ các khí thải của công nghiệp dầu mỏ hay
các ngành khác. Tuy nhiên phương pháp này yêu cầu kĩ thuật cao, việc tách L-axit
glutamic rất khó khăn nên giá thành sản phẩm cao.
+

Phương pháp thuỷ phân.

[5, trang 13]

Phương pháp này sử dụng các tác nhân là hóa chất hoặc enzyme để thủy

phân các nguyên liệu có hàm lượng protein cao, tạo ra hỗn hợp các amino axit trong
đó có axit glutamic. Sau đó tách axit glutamic ra khỏi hỗn hợp bằng phương pháp
hóa lý.
-Ưu điểm:

+ Khống chế được qui trình và các điều kiện sản xuất.
+ Có thể áp dụng ở các cơ sở thủ công, bán cơ giới hóa.
+ Ổn định được chất lượng sản phẩm của từng mẻ.

-Nhược điểm:
+ Nguyên liệu sử dụng phải có hàm lượng protein cao
+ Sử dụng nhiều thiết bị, hóa chất, thiết bị chống ăn mòn
+ Hiệu suất thấp dẫn đến giá thành cao.
+

Phương pháp kết hợp

Thiết kế nhà máy sản xuất axit glutamic

[5, trang 15]


Đồ án tốt nghiệp

9

GVHD: PGS.TS. Trương Thị Minh Hạnh

Đây là phương pháp kết hợp giữa hóa học và lên men.Với phương pháp này
hiệu suất cao nhưng nó đòi hỏi kĩ thuật trang thiết bị hiện đại và chính xác. Vì vậy

phương pháp này chỉ dùng trong nghiên cứu.
+

Phương pháp lên men (sinh tổng hợp)

[5, trang 14]

Lên men là phương pháp được sử dụng rộng rãi để sản xuất axit glutamic.
Phương pháp này dùng các chủng vi sinh vật có khả năng tổng hợp ra axit
glutamic để sản xuất.
- Ưu điểm:
+ Nguyên liệu rẻ hơn so với hai phương pháp trên.
+ Ít sử dụng hoá chất, thiết bị chống ăn mòn.
+ Hiệu suất quá trình rất cao, giá thành hạ.
+ Có thể sử dụng các loại nguyên liệu khác nhau .
+ Tạo ra axit glutamic dạng L, có hoạt tính sinh học cao.
- Nhược điểm:
+ Quá trình đòi hỏi yêu cầu kĩ thuật cao và nghiêm ngặt.
+ Đảm bảo vô trùng mới tạo sản phẩm.
+ Khó điều khiển được quá trình.
Sản xuất axit glutamic bằng phương pháp lên men người ta sử dụng 2
phương pháp là lên men 2 giai đoạn (gián đoạn) và lên men trực tiếp.
2.4.Chủng vi sinh [20]
Tham gia vào quá trình lên men sản xuất axit glutamic, chủng vi sinh thường
sử dụng là: Corynebacterium Glutamicum, Brevibacterium Lactofermentus,
Micrococus Glutamicus; nhưng chủ yếu nhất vẫn là chủng Corynebacterium
Glutamicum (loại vi khuẩn này đã được nhà vi sinh vật Nhật Bản Kinosita phát hiện

Thiết kế nhà máy sản xuất axit glutamic
Hình 2.3 Corynebacterium Glutamicum [20]

[29]


Đồ án tốt nghiệp

10

GVHD: PGS.TS. Trương Thị Minh Hạnh

từ 1956, có khả năng lên men từ tinh bột, ngô, khoai, khoai mì để tạo ra axit
glutamic).
Giống vi khuẩn thuần khiết này được lấy từ ống thạch nghiêng tại các cơ sở
giữ giống, sau đó được cấy truyền, nhân sinh khối
trong môi trường lỏng. Khối lượng sinh khối được
nhân lên đến yêu cầu phù hợp cho quy trình sản xuất
đại trà. Trước khi nhân, cấy, môi trường lỏng phải
được thanh trùng bằng phương pháp Pasteur.
Chủng vi khuẩn giống phải có khả
Hình 2.3 Corynebacterium Glutamicum [20]
[29]
sinh trưởng phát triển nhanh, có tính ổn định cao trong thời gian dài, chịu được
năng tạo ra nhiều axit glutamic, tốc độ

nồng độ axit cao, môi trường nuôi cấy đơn giản, dễ áp dụng trong thực tế sản xuất.
* Cơ chế tổng hợp thừa axit glutamic:
Tính thấm của màng tế bào bị thay đổi vì thiếu biotin, do tác dụng của
penicillin hay dẫn xuất của chất béo. Nếu tính thấm không bị thay đổi thì chỉ diễn ra
sự tổng hợp axit gutamic trong tế bào và không có sự tiết axit này ra môi trường.
Như vậy, axit glutamic nồng độ cao sẽ ức chế phản ứng của glutamatedehydrogenaza tạo thành axit glutamic. Do biến đổi về tính thẩm thấu, tế bào chỉ
cho axit glutamic ra ngoài và trong nội bào nồng độ axit amin này thấp nên không

có sự ức chế ngược bởi sản phẩm cuối cùng. Sự hư hại tính thấm xuất hiện khi nồng
độ biotin tối ưu là 2 – 5 µ g/l. Còn nồng độ bioin tối thích cho sự sinh trưởng của
chủng ở khoảng 14 µ g/l. Cũng có thể tạo ra sự hư hại này bằng cách bổ sung các
chất hoạt động bề mặt như Tween 60-polyoxyetylen- socbitanmonostearat, Tween40poyoxyetylen-sobitan-monopalmitat như penicillin. Các tác nhân bề mặt này
được bổ sung vào giữa hay cuối pha sinh trưởng. Việc penicillin gây hư hại cho tính
thấm có ý nghĩa thực tiễn đặc biệt vì nhờ đó có thể sử dụng các nguyên liệu phức
tạp như rỉ đường [4, tr 19].

Thiết kế nhà máy sản xuất axit glutamic


Đồ án tốt nghiệp

11

GVHD: PGS.TS. Trương Thị Minh Hạnh

2.5.Những yếu tố ảnh hưởng đến quá trình lên men [7]
2.5.1. Độ pH của môi trường
Các chủng vi khuẩn sinh tổng hợp L-Glutamic đều thích hợp ở môi trường
trung tính hay kiềm yếu ở pH=6,7 – 8. Trong quá trình lên men độ pH giảm vì tạo
ra axit glutamic và một số axit hữu cơ khác. Do đó phải điều chỉnh độ pH thường
xuyên bằng NH+4. Nguồn NH+4 sử dụng phổ biến là ure, nước NH 3, khí NH3,
NH+4Cl,…
2.5.2.Sự cung cấp O2
Lên men tổng hợp axit glutamic là quá trình hiếu khí bắt buộc. Do đó sự
cung cấp oxi trong khi lên men là hết sức quan trọng. Nếu thiếu O 2 thì sản phẩm
chủ yếu là axit lactic, nếu thừa oxi thì sản phẩm chủ yếu là axit -α-xetoglutaric. Oxi
được cung cấp cho dịch lên men bằng cách sục không khí vô trùng kết hợp với
khuấy trộn liên tục, vận tốc cánh khuấy 150 vòng \phút.

2.5.3 Nhiệt độ
Nhiệt độ thích hợp nhất cho quá trình lên men là 26-37 oC, trong thực tế lên
men giai đoạn đầu ở 30-32oC và giai đoạn cuối 36-37oC.
2.5.4. Chất kích thích sinh trưởng
Qúa trình tổng hợp axit glutamic rất cần biotin. Biotin không chỉ là chất sinh
trưởng mà còn là chất xác định thành phần và số lượng các sản phẩm lên men. Sinh
khối của vi khuẩn tăng tỉ lệ với hàm lượng biotin nhưng với axit glutamic thì không
hoàn toàn như vậy: lượng axit glutamic được tạo thành nhiều nhất khi trong môi
trường hàm lượng biotin thấp hơn nhiều so với hàm lượng biotin cần thiết cho sự
phát triển tối đa của sinh khối. Biotin không làm thay đổi hoạt lực của các enzim
tổng hợp nên axit glutamic mà ảnh hưởng đến tính thẩm thấu của màng tế bào, làm
cho axit glutamic từ bên trong tế bào vi sinh vật khuyếch tán ra ngoài môi trường
lên men. Nồng độ biotin thích hợp nhất cho sinh tổng hợp axit glutamic 2-5g\l.
Nguồn cung cấp biotin là cao ngô, rỉ đường mía. Trong quá trình lên men
nếu dùng rỉ đường mía làm nguồn cung cấp đường và biotin thì thường xảy ra hiện
tượng thừa biotin sẽ không có lợi, sinh tổng hợp axit glutamic ít, nếu sục khí kém sẽ

Thiết kế nhà máy sản xuất axit glutamic


Đồ án tốt nghiệp

12

GVHD: PGS.TS. Trương Thị Minh Hạnh

tạo ra alanin và axit lactic. Vì vậy, người ta phải bổ sung thêm penicilin để kìm hãm
sự phát triển của vi khuẩn trong môi trường giàu biotin đồng thời tăng trưởng quá
trình tổng hợp axit glutamic.

Thiết kế nhà máy sản xuất axit glutamic


Đồ án tốt nghiệp

13

GVHD: PGS.TS. Trương Thị Minh Hạnh

CHƯƠNG III
CHỌN VÀ THUYẾT MINH DÂY CHUYỀN
CÔNG NGHỆ
3.1.Chọn phương pháp sản xuất [5]
Phương pháp lên men là phương pháp sử dụng rộng rãi hiện nay để sản xuất
axit glutamic.
Nguyên tắc: Dùng chủng vi sinh vật có khả năng tổng hợp ra axit glutamic để
sản xuất.
Sản xuất axit glutamic bằng phương pháp lên men người ta sử dụng 2 phương
pháp là lên men 2 giai đoạn (gián đoạn) và lên men 1 giai đoạn (trực tiếp).
3.1.1. Phương pháp lên men gián đoạn
Nguyên tắc của phương pháp này là đầu tiên tạo ra α_Ketoglutaric bằng các kĩ
thuật vi sinh như nuôi cấy vi sinh vật. Sau đó, chuyển hoá α_Ketoglutaric thành axit
glutamic nhờ enzyme aminotransferase và glutamatdehydrogenase.
Giai đoạn chuyển từ α_Ketoglutaric thành axit glutamic có thể sử dụng nhiều
chủng khác nhau như Pseudomonas, Xantonomas, Ervinia, Bacillus, Micrococus.
Nhược điểm của phương pháp này là dùng quá nhiều enzyme và axit amin làm
nguồn amin cho phản ứng dây chuyền nên ít được dùng trong công nghiệp.
3.1.2. Phương pháp lên men trực tiếp
Nguyên tắc của phương pháp này là sản xuất axit glutamic ngay trong dịch
nuôi cấy bằng một loại vi sinh vật duy nhất. Các sinh vật này đều có hệ enzyme đặc

biệt có thể chuyển tiếp đường và NH3 thành axit glutamic trong môi trường.
Ưu điểm: + Sử dụng đường làm nguyên liệu có hiệu suất cao.
+ Nguyên liệu sử dụng rẻ tiền, dễ kiếm.
+ Nguyên liệu chứa đầy đủ các thành phần dinh dưỡng cho quá trình
lên men.
Từ những năm 50 của thế kỉ XIX, ở Nhật Bản đã chú ý đến phương pháp lên
men trực tiếp axit glutamic và từ đó đến nay sản phẩm này hàng năm vẫn đứng đầu
Thiết kế nhà máy sản xuất axit glutamic


Đồ án tốt nghiệp

14

GVHD: PGS.TS. Trương Thị Minh Hạnh

trong công nghiệp axit amin. Axit glutamic sản xuất chủ yếu ở Nhật Bản, chiếm 50
% sản lượng thế giới, chủ yếu bằng phương pháp lên men trực tiếp.
Với những ưu điểm như vậy, ở đây tôi chọn phương pháp lên men một giai
đoạn để sản xuất acid glutamic
3.2.Quy trình sản xuất axit glutamic từ tinh bột sắn [2]
Tinh bột
Nước

Pha loãng
Lọc

to = 90-95 oC
t = 40 –45 phút

Dịch hoá

Termamyl

Hạ nhiệt độ (60-650C)
to = 60-65 oC
t = 70h

Đường hoá

γ _amylaza

K2HPO4 0,15%
MgSO4 0,075%

Pha chế dịch lên men (pH= 6,7-6,9)

MnSO4 0,0025%
o
o
= 125
C
KH2tPO
0,2%
4
t = 15
phút

Thanh trùng và làm nguội
Lên men

Bã sinh khối tế bào

Men giống

Chuẩn bị men giống

Lọc tách sinh khối
Cô đặc (Bx=30)
Tẩy màu

Thiết kế nhà máy sản xuất axit glutamic

Than hoạt tính


Đồ án tốt nghiệp

15

GVHD: PGS.TS. Trương Thị Minh Hạnh

Ép lọc
H2SO4

Axít hoá và kết tinh

pH =3,22
to = 5 oC

Ly tâm

Dịch sau ly tâm

Lọc rửa
Sấy
Làm nguội
Phân loại

Bao gói

3.3 Thuyết minh quy trình sản xuất
3.3.1 Nguyên liệu
Tinh bột sắn là sản phẩm được chế biến từ củ sắn. Trong tinh bột sắn chứa
83-88% hàm lượng tinh bột. Hơn nữa, Việt Nam hiện là nước đứng thứ 3 về xuất
khẩu tinh bột sắn. Vì vậy, tinh bột sắn thích hợp để làm nguyên liệu sản xuất axit
glutamic
Sử dụng xylo để chứa tinh bột.
3.3.2. Pha loãng, lọc [1]
Pha loãng nhằm làm trương nở các hạt tinh bột và sau đó tiến hành lọc nhằm
loại bỏ những chất cặn bã trong dịch tinh bột trước khi thủy phân.
Nồng độ tinh bột hòa tan khoảng 33- 40 %.
Sử dụng thiết bị hoà tan hình trụ, thép không rỉ, có cánh khuấy.
Sau khi pha loãng, dung dịch tinh bột được chảy qua thiết bị lọc hình trụ bên
trong là màng lọc bằng kim loại, đặt trong thùng lọc nhằm làm sạch tinh bột trước
khi đưa vào thủy phân. Sử dụng thùng lọc hình trụ, thép không rỉ, phía trên có màng
lọc bằng thép.

Thiết kế nhà máy sản xuất axit glutamic

Đồ án tốt nghiệp

16

GVHD: PGS.TS. Trương Thị Minh Hạnh

Hình 3.1. Thiết bị hoà tan tinh bột [21]
3.3.3.Dịch hoá [3]
Mục đích của dịch hóa là chuyển hệ huyền phù các hạt tinh bột thành dạng dung
dịch hòa tan chứa các dextrin có chiều dài mạch ngắn hơn.
(C6H10O5)n + nH2O

α - amylaza,

nC6H12O6

Quá trình dịch hóa bằng enzym α - amylaza được tiến hành ở t0 = 90-95,
pH = 5,5

÷ 7. Tên chế phẩm enzym α - amylaza được sử dụng là Termamyl .

Thiết bị: Thực hiện quá trình dịch hóa trong các nồi phản ứng 2 vỏ, làm bằng thép
không gỉ, thân hình trụ [6, tr 87].

Hinh 3.2.Thiết bị dịch hoá [23]
3.3.4.Làm nguội
Dịch tinh bột sau khi dịch hóa có nhiệt độ khoảng 90 -95 0 C. Do đó, phải làm nguội
để nhiệt độ dịch tinh bột giảm xuống khoảng 60-650 C để tiến hành quá trình đường hóa.

Thiết kế nhà máy sản xuất axit glutamic


Đồ án tốt nghiệp

17

GVHD: PGS.TS. Trương Thị Minh Hạnh

3.3.5.Đường hoá [3]
Mục đích của đường hóa là nhằm chuyển dịch dextrose thành đường glucoza –
nguồn dinh dưỡng mà vi sinh vật lên men có thể sử dụng được.
Dùng emzym γ _amylaza để thực hiện quá trình này.
Các thông số kỹ thuật của quá trình đường hóa này là: pH = 4,2 – 4,5; nhiệt độ 60 –
65oC, thời gian 70h. Thiết bị sử dụng cho quá trính dịch hóa và đường hóa là nồi 2 vỏ
làm bằng thép không gỉ, có thân dạng hình trụ

Hinh 3.3.Thiết bị đường hoá[23]
3.3.6. Phối chế dịch lên men [6]
Mục đích :Tạo ra môi trường cho VSV sử dụng trong
quá trình lên men tạo sinh khối.
Tiến hành: Phối trộn giữa dịch thuỷ phân tinh bột
và các chất khoáng vào môi trường lên men theo bảng
sau:[7]
Dịch đường hoá

: 13%

K2HPO4

: 0,15%

MgSO4.7H2O

: 0,075%

MnSO4

: 0,0025%

Cao ngô

: 0,7%

Điều chỉnh pH đến :6,7 ÷ 6,9
3.3.7 Thanh trùng và làm nguội [7],[2]

Thiết kế nhà máy sản xuất axit glutamic

Hình 3.4 Thiết bị pha chế [24]


Đồ án tốt nghiệp

18

GVHD: PGS.TS. Trương Thị Minh Hạnh

Mục đích: Nhằm vô trùng môi trường dinh dưỡng trước khi lên men tránh
xâm nhiễm của vi sinh vật gây hại và sau đó hạ nhiệt độ của môi trường dinh dưỡng

xuống nhiệt độ lên men thích hợp với vi sinh vật.

Hình 3.5. Thiết bị thanh trùng bản mỏng[25]
Tiến hành: dịch được bơm ngựơc chiều với hơi nước, để tạo ra quá trình trao đổi
nhiệt.
Thanh trùng ở 125oC
Thời gian: 15 phút.
Sau khi thanh trùng dịch phải được hạ nhiệt độ 30 ÷320C
Yêu cầu dịch lên men phải vô trùng tuyệt đối.
Chọn thiết bị thanh trùng dạng bản mỏng
3.3.8. Giống vi sinh vật [5]
Giống sử dụng là vi khuẩn Corynebacterium glutamicum.
Mục đích là tạo ra đủ số lượng giống cần thiết cho quá trình lên men
3.3.8.1. Cấy truyền ra ống thạch nghiêng
-Môi trường thạch nghiêng: [5]
Pepton

: 1%

Cao thị bò

: 1%

NaCl tinh chế : 0,5%
Thạch

: 2%

Thiết kế nhà máy sản xuất axit glutamic

Đồ án tốt nghiệp

19

GVHD: PGS.TS. Trương Thị Minh Hạnh

- Pha trộn môi trường: Dùng nước hoà tan các chất, cho thạch vào sau đó cho
NaOH vào điều chỉnh pH = 7 ÷ 7,2. Cuối cùng cho môi trường vào ống nghiệm
thanh trùng 20 ÷ 30 phút, áp lực 1kg/cm 2. Sau đó hạ nhiệt độ xuống 50 ÷ 600C, để
ống nghiệm nghiêng thạch đông lại, sấy ở 45 giờ ở t0 = 320C, đem bảo quản lạnh.
- Tiến hành : Dùng que cấy cấy giống gốc từ các ống thạch nghiêng để vào tủ
ấm trong 24 giờ cho khuẩn lạc phát triển, ta được giống đời 1, cấy truyền sang ống
thạch nghiêng một lần nữa ta được giống đời 2.
3.3.8.2. Giống cấp 1
-Môi trường giống cấp 1:[5]
Đường glucoza tinh khiết 2,5%
Rỉ đường

0,25%

Nước chấm

0,32%

MgSO4.7H2O

0,04%

Fe, Mn (đã pha 2000g/l)

0,002%

Urê

0,5%

B1 (đã pha 150g/l)

0,00015%

- Chuẩn bị môi trường: Dùng nước hoà tan các chất cho vào các bình tam giác
1000ml, sau đó điều chỉnh pH = 7 ÷ 7,2, sau đó đem đi thanh trùng 20 ÷30 phút, áp
lực 1kg/cm2, sau đó để nguội xuống 50 ÷ 600C rồi tiến hành cấy giống.
-Tiến hành: Giống từ các ống thạch nghiêng được cấy vào các bình tam giác
sau đó đưa vào các máy lắc trong 24 giờ, sau đó bảo quản lạnh ở 50C.
3.3.8.3. Giống cấp 2
- Môi trường cấp 2 (thiết bị lên men 60 lít): [5]
Đường glucoza

2000g

MgSO4

24g

H3PO4

60g

Nước chấm

300ml

Rỉ đường

600g

Urê

480g

Thiết kế nhà máy sản xuất axit glutamic


Đồ án tốt nghiệp

20

GVHD: PGS.TS. Trương Thị Minh Hạnh

Dầu lạc

60ml

B1

20mg

KOH để pH = 9

- Chuẩn bị môi trường: Các chất được hoà trộn cùng với nước sau đó thanh
trùng ở 1200C trong thời gian 30 phút. Sau đó làm nguội xuống còn 32 0C và tiến
hành lên men trong các thiết bị lên men.
-Tiến hành: Quá trình nuôi giống khống chế ở nhiệt độ 32 0C, áp suất
1kG/cm3 không tiếp urê và dầu như quá trình lên men chính, lượng không khí cho
vào khoảng: 850 ÷ 1100 lít/giờ, kiểm tra pH 1 giờ 1 lần hoặc lượng không khí tăng
dần tính từ giống nhỏ sang lên men chính theo tỉ lệ 1,0 - 0,25 - 0,5l/l.phút: (lít
không khí/lít môi trường /1 phút). Đến giờ thứ 8 thì soi chọn giống: Nồi nào dùng
được thì 9 giờ giống có thể cấy tiếp sang nồi lên men chính (Đo OD dịch lên men,
soi nồng độ vi khuẩn và xác định hàm lượng đường sót…) nếu chưa đạt yêu cầu thì
có thể kéo dài thời gian lên men thêm 1 ÷ 2h nữa.

Hình 3.6: Thiết bị nhân giống cấp II [26]

3.3.9. Lên men [7],[2]
Mục đích : Thông qua các hoạt động sống của vi khuẩn trong những điều kiện
thích hợp để chuyển hoá đường và đạm thành acid glutamic. Nồng độ dịch lên men
10÷14%.

Thiết kế nhà máy sản xuất axit glutamic


Đồ án tốt nghiệp

21

GVHD: PGS.TS. Trương Thị Minh Hạnh

Tiến hành: Môi trường sau khi chuẩn bị và thanh trùng xong được làm nguội
đến nhiệt độ lên men và cấy men giống vào với tỉ lệ 1% để lên men. Thời gian lên

men 32-38h, nhiệt độ lên men 32-38 oC. Trong quá trình lên men phải cung cấp
không khí vô trùng liên tục, bổ sung thêm ure để điều chỉnh pH của môi trường lên
men và phải khuấy trộn. Do môi trường lên men tạo nên axit glutamic cùng với
thành phần của môi trường có xu hướng làm tăng sức căng bề mặt. Vì vậy, trong
quá trình lên men tạo thành nhiều bọt ảnh hưởng đến quá trình sinh tổng hợp nên
phải sử dụng chất phá bọt.
Trong quá trình lên men, đường được bổ sung liên tục và tự động khi nồng độ
oxi hòa tan hoặc pH giảm. Nồng độ đường bổ sung từ 38 – 45% [2].

Hình 3.7: Thiết bị lên men [28]
3.3.10. Lọc
Mục đích: để loại xác tế bào vi khuẩn sau quá trình lên men.
Dung dịch sau lên men được lọc bằng thiết bị lọc khung bản.

Thiết kế nhà máy sản xuất axit glutamic


Đồ án tốt nghiệp

22

GVHD: PGS.TS. Trương Thị Minh Hạnh

Hình 3.8. Hệ thống lọc khung bản [27]
3.3.11. Cô đặc [2]
Dịch sau lên men có nồng độ axit glutamic khoảng 17 %, sẽ đưa qua hệ thống cô
đặc chân không để tạo dung dịch axit glutamic có nồng độ khoảng 30%

Hình 3.9. Thiết bị cô đặc chân không [12]
3.3.12. Tẩy màu

Mục đích: Dùng than hoạt tính để hấp thụ những chất màu, tạp chất được sinh ra
trong quá trình lên men.
Dùng thiết bị tẩy màu có cột than hoạt tính cố định và cho dung dịch cần tẩy di
qua cột.
3.3.13. Ép lọc.

Thiết kế nhà máy sản xuất axit glutamic


Đồ án tốt nghiệp

23

GVHD: PGS.TS. Trương Thị Minh Hạnh

Sau khi tẩy màu cần cho vào thiết bị ép lọc để làm trong dung dịch. Sử dụng thiết
bị lọc khung bản.
3.3.14. Axít hoá và kết tinh [5]
Mục đích: chuyển axit glutamic từ pha lỏng sang pha rắn tinh thể.
Axit hóa axit glutamic: Toàn bộ dung dịch axit glutamic thu được trên được đưa
về thùng kết tinh. Cho cánh khuấy hoạt động liên tục để ngăn ngừa axit glutamic kết tủa
quá sớm, kết tinh nhỏ và hiệu quả thấp. Cho H 2SO4 98% vào để tạo điểm đẳng điện ở
PH = 3,22 thì thôi và bắt đầu làm lạnh.
Làm lạnh và kết tinh: dịch axit glutamic sau khi đạt pH đẳng điện thì cho nước
lạnh khoảng 50C vào vỏ thùng và làm lạnh. Trong quá trình này cánh khuấy hoạt động
liên tục làm cho axit glutamic kết tinh xốp và tơi, sau ít nhất 48 giờ thì quá trình kết tinh
kết thúc.

Hình 3.10. Thiết bị kết tinh[29]
3.3.15. Ly tâm [2]

Mục đích tách pha rắn và lỏng :
- Pha rắn: gồm axit glutamic đã kết tinh và lắng xuống, thu được axit
glutamic ẩm.
- Pha lỏng: gồm nước và một ít axit glutamic không kết tinh hòa tan vào ta
gọi đó là nước cái. Phần nước cái đưa đi kết tinh lại.

Thiết kế nhà máy sản xuất axit glutamic


Đồ án tốt nghiệp

24

GVHD: PGS.TS. Trương Thị Minh Hạnh

Hình 3.11.Thiết bị ly tâm SDC[30];[31]
3.3.16. Lọc
Tinh thể sau khi ly tâm còn ẩm và có bám màu nâu nên cần được làm sạch
bằng quá trình ép lọc.

Hình 3.12. Thiết bị lọc [32]
3.3.17. Sấy
Mục đích : Axit glutamic hút ẩm rất nhanh nên sau ly tâm phải sấy ngay.
Tiến hành : Axit glutamic ẩm đưa vào thiết bị sấy nhờ cơ cấu rung và chạy
trên băng chuyền liên tục, không khí nóng được thổi liên tục vào làm bay hơi ẩm và
làm khô acid.

Thiết kế nhà máy sản xuất axit glutamic

Đồ án tốt nghiệp

25

GVHD: PGS.TS. Trương Thị Minh Hạnh

Hình 3.13. Thiết bị sấy rung tầng sôi [33]

3.3.18. Làm nguội
Tinh thể axit glutamic được làm nguội trên băng tải làm nguội trước khi bao
gói.
3.3.19. Phân loại
Axit glutamic sau khi sấy được cho qua sàng rung phân loại để phân loại hạt
trước khi đưa vào đóng gói.

Hình 3.14 Máy phân loại XZS [33]
3.3.20. Bao gói [2]
Mục đích: Tạo sản phẩm hoàn chỉnh, đảm bảo sản phẩm có thể được bảo quản
trong một thời gian nhất định mà không ảnh hưởng đến chỉ tiêu về chất lượng, vệ
sinh an toàn thực phẩm.
Tiến hành: Axit glutamic sau khi làm nguội được đưa vào máy đóng gói trong
các túi 0,5 kg. Ở giữa túi có ghi nhãn hiệu, khối tịnh lượng, ngày sản xuất, hạn sử

Thiết kế nhà máy sản xuất axit glutamic