Thiết kế nhà máy sản xuất enzyme cellulase từ bã mía theo phương pháp bề mặt năng suất 500 tấn sản phẩmnăm

Đồ án tốt nghiệp

-1-

GVHD: ThS. Đoàn Thị Hoài Nam

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 .
Tuy nhiên, hiện nay nguồn enzyme không đủ cung cấp cho các nhu cầu sản
xuất hiện đại,trong khi đó nguồn nguyên liệu từ các phụ phế liệu của hầu hết các
nhà máy chế biến lại rất nhiều,đây là một nguồn nguyên liệu quý giá để sản xuất
enzyme,trong đó có phụ phế liệu của nhà máy mía đường vì lượng bã mía,bã bùn,rỉ
đường là rất lớn,vì vậy việc tìm hiểu các công nghệ sản xuất enzyme là rất quan
trọng xuất phát từ thực tế đó, ý tưởng sử dụng bã mía– thành phần chứa hàm lượng
cellulose rất cao, làm môi trường nuôi cấy vi sinh vật để sản xuất enzyme cellulase.
vừa 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 mía đường.

Trên cơ sở đó, tôi được thực hiện đề tài: “Thiết kế nhà máy sản xuất enzyme
cellulase từ bã mía theo phương pháp bề mặt năng suất 500 tấn sản phẩm/năm ”.

Đề tài: Thiết kế nhà máy sản xuất enzyme cellulase
SVTH: Trương Tấn Hòa

Lớp 10SH


Đồ án tốt nghiệp

-2-

GVHD: ThS. Đoàn Thị Hoài Nam

CHƯƠNG 1 LẬP LUẬN KINH TẾ KỸ THUẬT
1.1. Sự cần thiết phải đầu tư:
Enzyme – chất xúc tác sinh học có tính chất chọn lọc và đặc hiệu cao, 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.Ngày nay, enzyme giữ một vai trò quan trọng ở 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.
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 hàng ngày nhà máy
mía đường thải ra môi trường một lượng lớn bã mía.Vì vậy đầu tư cho xây dựng
một nhà máy sản xuất chế phẩm enzyme cellulase là cần thiết vì sẽ vừa cung cấp
chế phẩm enzyme cho công nghiệp, vừa xử lý được lượng chất thải của nhà máy
mía đường.

1.2. Vị trí xây dựng:
Nhà máy được xây dựng trong khu kinh tế mở Dung Quất nằm ở huyện Bình
Sơn,tỉnh Quảng Ngãi.
1.3. Đặc điểm tự nhiên:
1.3.1. Điều kiện bức xạ:
Hàng năm Quảng Ngãi có hai lần mặt trời đi qua thiên đỉnh, lần thứ nhất vào
khoảng cuối tháng 4 đầu tháng 5, lần thứ hai vào trung tuần tháng 8. Lượng bức xạ
tổng cộng thực tế phổ biến từ 130 - 150 Kcal/cm 2/năm, Lượng bức xạ tổng cộng
mùa khô (từ tháng 1 đến tháng 7) chiếm đến 70 - 75%, mùa mưa (từ tháng 9 đến
tháng 12) chỉ chiếm từ 25 - 30%. Lượng bức xạ tổng cộng vụ Đông Xuân chiếm
41%, còn vụ Hè Thu chiếm 59%.
1.3.2. Gió:
Quảng Ngãi nằm trong khu vực nhiệt đới gió mùa nên có hai mùa gió chính
(gió mùa mùa Đông và gió mùa mùa Hè).Hướng gió thịnh hành: ở thành phố Quảng
Đề tài: Thiết kế nhà máy sản xuất enzyme cellulase
SVTH: Trương Tấn Hòa

Lớp 10SH


Đồ án tốt nghiệp

-3-

GVHD: ThS. Đoàn Thị Hoài Nam

Ngãi (đại diện cho vùng đồng bằng Quảng Ngãi) từ tháng 9 đến tháng 3 năm sau là
hướng Bắc đến Tây Bắc, từ tháng 4 đến tháng 8 là hướng Đông và Đông Nam.
Tốc độ gió: Tốc độ gió trung bình năm tại đồng bằng ven biển khoảng 1,3m/s.
1.3.3. Mưa:

Tổng lượng mưa trung bình năm phổ biến ở đồng bằng từ 2.200 - 2.500mm, ở
trung du, thung lũng thấp và vùng núi từ 3.000 - 3.600mm, vùng đồng bằng ven
biển phía nam dưới 2.000mm.
Mùa mưa: Lượng mưa trong năm tập trung chủ yếu từ tháng 9 đến 12, chiếm
70 - 80% tổng lượng mưa năm.
Mùa ít mưa: Từ tháng 1 đến tháng 8 ở vùng đồng bằng, thung lũng thấp và hải
đảo, lượng mưa chỉ chiếm 20 - 30% tổng lượng mưa năm.
1.4. Vùng nguyên liệu:
Nguyên liệu là phụ phẩm được mua từ nhà máy mía đường Phổ Phong, Xã
Phổ Phong , huyện Đức Phổ, tỉnh Quảng Ngãi.
1.5. Hợp tác hóa:
Nhà máy sẽ đặt tại khu kinh tế mở Dung Quất nên những điều kiện về hợp tác
hoá giữa nhà máy và các nhà máy khác là rất thuận lợi và sử dụng chung các công
trình công cộng như điện, nước, hệ thống thoát nước, giao thông…
Nhờ đó sẽ giảm thiểu vốn đầu tư ban đầu, rút ngắn thời gian hoàn vốn, đồng
thời tận dụng tuần hoàn các sản phẩm phụ tránh được ô nhiễm môi trường.
1.6. Nguồn cung cấp điện:
Nguồn cung cấp điện cho nhà máy lấy từ mạng điện lưới quốc gia, nhờ trạm
biến áp 110KV có dòng điện tiêu thụ với điện áp 220/380V. Để đề phòng mất điện
nhà máy có thể lắp đặt thêm máy phát điện dự phòng.
1.7. Nguồn cung cấp hơi:
Hơi nước được dùng để tiệt trùng thiết bị, môi trường… sẽ do nhà máy tự cung
cấp. Do đó, cần có lò hơi riêng, áp suất của hơi dùng là 3 atm nhiên liệu chủ yếu bã
mía,than....dùng đốt nóng lò hơi của nhà máy.
Tác nhân làm lạnh là NH3, dầu bôi trơn… nhập từ bên ngoài.
Đề tài: Thiết kế nhà máy sản xuất enzyme cellulase
SVTH: Trương Tấn Hòa

Lớp 10SH

Đồ án tốt nghiệp

-4-

GVHD: ThS. Đoàn Thị Hoài Nam

1.8. Nguồn cung cấp nước và vấn đề xử lý nước thải:
Nước là nhu cầu không thể thiếu trong quá trình sản xuất, nguồn nước cung
cấp cho nhà máy được lấy từ công ty cấp nước. Để chủ động nguồn nước nhà máy
có thể tự xây dựng thêm các bể chứa nước.
Toàn bộ nước thải của nhà máy phải xử lý COD,BOD đạt yêu cầu rồi sau đó
chuyển ra nguồn nước thải của thành phố.
1.9. Năng suất của phân xưởng:
Năng suất sản xuất enzyme kỹ thuật đạt 296 tấn sản phẩm/năm
1.10. Giao thông và nguồn lao động:
Việc xuất, nhập nguyên vật liệu, trang thiết bị, bao bì, sản phẩm... thì giao
thông đóng vai trò hết sức quan trọng. Những năm gần đây khu kinh tế mở Dung
Quất liên tục nâng cấp cơ sở hạ tầng, mạng lưới giao thông đô thị nên tạo điều kiện
rất thuận tiện .
Nguồn lao động là những người am hiểu về vi sinh vật cũng như về enzyme
chủ yếu là kỹ sư tốt nghiệp ngành công nghệ sinh học từ các trường đại học và cao
đẳng.
1.11. Kết luận:
Từ những vấn đề đã phân tích ở trên ta chọn xây dựng nhà máy trong khu kinh
tế mở Dung Quất nằm ở huyện Bình Sơn,tỉnh Quảng Ngãi.Nhà máy đặt tại đây sẽ
đảm bảo đầy đủ những điều kiện cần thiết cho quá trình sản xuất,tiêu thụ,nhân công
và có lợi về mặt kinh tế tốt nhất.

Đề tài: Thiết kế nhà máy sản xuất enzyme cellulase

SVTH: Trương Tấn Hòa

Lớp 10SH


-5-

Đồ án tốt nghiệp

GVHD: ThS. Đoàn Thị Hoài Nam

CHƯƠNG 2 TỔNG QUAN TÀI LIỆU
2.1. Tổng quan về Cellulose:
2.1.1. Giới thiệu chung:
Cellulose (tiếng Việt phiên âm và viết xenlulo, xenlulozơ, xenluloza hoặc
xenlulô) là hợp chất cao phân tử được cấu tạo từ các liên kết các mắt xích β-DGlucose, có công thức cấu tạo là (C 6H10O5)n hay [C6H7O2(OH)3]n trong đó n có thể
nằm trong khoảng 5000-14000.Cellulose là một polime hợp thành từ các mắt xích
β−glucozơ nối với nhau bởi các liên kết β−1,4 glicozit, phân tử cellulose không
phân nhánh, không xoắn là thành phần chủ yếu cấu tạo nên vách tế bào thực vật.
Trong gỗ lá kim, cellulose chiếm khoảng 41-49%, trong gỗ lá rộng nó chiếm 4352% thể tích.
2.1.2. Tính chất vật lý của Cellulose:
Cellulose là chất rắn hình sợi, màu trắng, không mùi, không vị, không tan
trong nước, ngay cả khi đun nóng, không tan trong các dung môi hữu cơ thông
thường như ete, benzen,...
Cellulose là thành phần chính cấu tạo nên lớp màng tế bào thực vật, là bộ
khung của cây cối.Cellulose có nhiều trong bông (95−98%), đay, gai, tre, nứa
(50−80%), gỗ (40−50%).
2.1.3. Tính chất sinh học của Cellulose:
Cellulose bị phân huỷ ở nhiệt độ bình thường hoặc ở nhiệt độ 40 ÷ 500C nhờ
các enzyme phân huỷ cellulose được gọi chung là cellulase. Cellulose bị phân huỷ

khi đun nóng với acid hoặc với kiềm ở nồng độ khá cao.
Trong tế bào thực vật, cellulose liên kết chặt chẽ với hemicellulose, pectin,
lignin. Điều này ảnh hưởng rất nhiều đến sự phân huỷ cellulose của enzyme.

Đề tài: Thiết kế nhà máy sản xuất enzyme cellulase
SVTH: Trương Tấn Hòa

Lớp 10SH


-6-

Đồ án tốt nghiệp

GVHD: ThS. Đoàn Thị Hoài Nam

Hình 2.1 Cấu trúc phân tử Cellulose
2.2. Tổng quan về enzyme Cellulase:
2.2.1. Giới thiệu chung:
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.
2.2.2. Phân loại:
Cellulase là hệ enzyme đa cấu tử gồm: endo-β-1- 4 glucanase, exoglucanase
và β- glucosidase. Theo những hiểu biết hiện nay thì quá trình phân huỷ cellulose
nhờ enzyme được thực hiện nhờ phức hệ cellulase, bao gồm các enzyme C 1, Cx và
β-glucosidase
Enzyme C1 có tính chất không đặc hiệu. Dưới tác dụng của C 1, các loại
cellulose bị hấp thụ nước, trương lên và chuẩn bị cho sự tác động của các enzyme

khác. Nếu tách riêng C1 cho hoạt động độc lập thì tác dụng này lại không thấy rõ
ràng. Vì vậy người ta cho rằng C1 chỉ là một yếu tố (factor), không phải là enzyme.
Cx còn gọi là enzyme β-1,4 glucanase, thuỷ phân các cellulose ngậm nước bởi
C1 nói trên (polyanhydroglucoza hydrat hoá) thành cellulose. Chữ x có nghĩa là
enzyme gồm nhiều thành phần khác nhau và người ta thường chia làm 2 loại chính
là: exo-β-1,4 glucanase và endo-β-1,4 glucanase.
Đề tài: Thiết kế nhà máy sản xuất enzyme cellulase
SVTH: Trương Tấn Hòa

Lớp 10SH


Đồ án tốt nghiệp

-7-

GVHD: ThS. Đoàn Thị Hoài Nam

+ Exo-β-1,4 glucanase xúc tác việc tách liên tiếp các đơn vị glucose từ đầu
không khử (non-reducing end) của chuỗi cellulose.
+ Endo-β-1,4 glucanase phân cắt liên kết β-1,4 glucozit ở bất kỳ vị trí nào của
chuỗi cellulose. Enzyme này hoạt động tốt nhất ở pH = 5,5, và nhiệt độ 550C, bền ở
30 – 450C. 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.
Các tác giả (Ogawa và Toyama, 1967) cho rằng còn có một enzyme trung gian
là C2 (giữa C1 và Cx). Enzyme này trước hết tác động vào cellulose đã bị làm trương
nước bởi C1 rồi thuỷ phân thành các dextrin cellulose hoà tan. Sau đó C x sẽ tiếp tục
thuỷ phân các cellodextrin này thành cellobiose.
- β-glucosidase là enzyme rất đặc hiệu, thuỷ phân cellulose thành cellohexose

(D-glucose) mã số enzyme này là: 3.2.1.21 EC
2.2.3. Cơ chế thuỷ phân cellulose của enzyme cellulase:

Đề tài: Thiết kế nhà máy sản xuất enzyme cellulase
SVTH: Trương Tấn Hòa

Lớp 10SH


Đồ án tốt nghiệp

-8-

GVHD: ThS. Đoàn Thị Hoài Nam

Hình 2.2 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: Phân giải cellobiose (disaccharide) và cellotetrose thành glucose.
2.2.4. Tính chất lý hóa của enzyme cellulase
Tùy thuộc vào cấu trúc và nguồn gốc của enzyme, hoạt tính enzyme đạt mạnh
nhất ở nhiệt độ, pH nhất định.
 Ảnh hưởng của nhiệt độ: vận tốc phản ứng do enzyme xúc tác chỉ tăng lên
khi tăng nhiệt độ trong một giới hạn nhất định, chưa ảnh hưởng đến cấu trúc
enzyme. Hoạt tính enzyme đạt cực đại ở nhiệt độ thích hợp, khoảng nhiệt độ
thích hợp của nhiều enzyme vào khoảng 40-500C. Ở nhiệt độ cao, enzyme bị
biến tính làm hoạt tính giảm mạnh hoặc mất hoạt tính, còn ở nhiệt độ thấp

dưới 00C, hoạt tính enzyme bị giảm nhiều nhưng lại có thể phục hồi khi đưa
về nhiệt độ thích hợp. Hoạt tính của enzyme cellulase từ Trichoderma reesei
đạt tối đa ở 550C.

Đề tài: Thiết kế nhà máy sản xuất enzyme cellulase
SVTH: Trương Tấn Hòa

Lớp 10SH


Đồ án tốt nghiệp

-9-

GVHD: ThS. Đoàn Thị Hoài Nam

 Ảnh hưởng của pH: Khả năng hoạt động của enzyme còn phụ thuộc vào pH
môi trường phản ứng. Tùy thuộc vào bản chất của enzyme mà pH thích hợp
để enzyme hoạt động có thể trung tính, kiềm hoặc acid. Theo nghiên cứu
trước đây cho thấy, pH tối ưu cho hoạt động của cellulase từ Trichoderma
reesei là 4,0-5,0.
 Ảnh hưởng của ion kim loại: Các ion kim loại có thể kìm hãm hoặc hoạt hóa
sự hoạt động của các enzyme. Các ion kim loại nặng ở nồng độ nhất định có
thể gây biến tính và kìm hãm không thuận nghịch enzyme.
 Ngoài ra, các dung môi hữu cơ, các chất tẩy rửa cũng ảnh hưởng mạnh mẽ
đến hoạt tính của enzyme. Tùy thuộc vào bản chất của các chất trên cũng
như bản chất của enzyme mà tính chất và mức độ ảnh hưởng tới hoạt động
của enzyme là khác nhau. Các dung môi hữu cơ methanol, ethanol,
isopropanol và acetone đều ức chế hoạt động của cellulase, đặc biệt là nbutanol ức chế mạnh nhất, hoạt tính cellulase chỉ còn 33-63%. Các chất tẩy
rửa tween 20, tween 80, SDS và triton X-100 đều làm giảm hoạt tính

cellulase ở mức độ khác nhau, trong đó SDS làm giảm mạnh hoạt tính
cellulase chỉ còn 18-34%.
2.2.5. Ứng dụng của enzyme cellulase :
2.2.5.1. Enzyme 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.
Ứng dụng đầu 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.
Đề tài: Thiết kế nhà máy sản xuất enzyme cellulase
SVTH: Trương Tấn Hòa

Lớp 10SH


Đồ án tốt nghiệp

-10-

GVHD: ThS. Đoàn Thị Hoài Nam

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 vở thành tế bào. Đặt 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.
2.2.5.2. 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 như 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.
Trong công nghệ tái chế giấy, các loại giấy thải cần được tẩy mực trước khi
sản xuất các loại giấy in, giấy viết. Endoglucanase và hemicellulase đã được dùng
để tẩy trắng mực in trên giấy.
2.2.5.3. 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. Việc ứng
dụng phức hệ cellulase trong phân giải các nguồn thức ăn giàu cellulose như rơm,
Đề tài: Thiết kế nhà máy sản xuất enzyme cellulase
SVTH: Trương Tấn Hòa

Lớp 10SH


Đồ án tốt nghiệp

-11-

GVHD: ThS. Đoàn Thị Hoài Nam

rạ, bã mía, bã khoai, bã sắn đã và đang được triển khai ở nhiều nước, trong mọi lĩnh
vực như sản xuất protein đơn bào làm thức ăn cho gia súc. Trong lĩnh vực này, nấm
sợi thường được sử dụng lên men các nguồn phế thải giàu cellulose tạo ra sinh khối
protein chứa hàm lượng các amino acid cân đối, các vitamin và tạo hương thơm có
lợi cho tiêu hóa của vật nuôi .
2.2.5.4. 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%.
2.2.5.5. 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.
Ngoài việc bổ sung trực tiếp vi sinh vật vào bể ủ để xử lý rác thải thì việc tạo
ra các chế phẩm vi sinh có chứa các vi sinh vật sinh ra cellulase đã được nghiên cứu

và sản xuất. Phức hệ cellulase được sử dụng để xử lý nguồn nước thải do các nhà
máy giấy thải ra. Nguyên liệu làm giấy là gỗ (sinh khối của thực vật bậc cao). Sinh
khối này chứa rất nhiều loại polysaccharide, trong đó các polysaccharide quan trọng
quyết định tới chất lượng, số lượng giấy là cellulose. Vì vậy, nước thải của các nhà
máy giấy, các cơ sở chế biến gỗ, các xưởng mộc khi bổ sung các chế phẩm chứa
phức hệ cellulase đem lại hiệu quả cao.

Đề tài: Thiết kế nhà máy sản xuất enzyme cellulase
SVTH: Trương Tấn Hòa

Lớp 10SH


Đồ án tốt nghiệp

-12-

GVHD: ThS. Đoàn Thị Hoài Nam

2.2.6. Nguồn vi sinh vật sinh enzyme cellulase:
2.2.6.1. Vi Khuẩn:
Trong điều kiện hiếu khí, có rất nhiều vi khuẩn có khả năng 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 enzyme 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…
2.2.6.2. 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 CO2 và H2O.
2.2.6.3. 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 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 enzyme cellulase
SVTH: Trương Tấn Hòa

Lớp 10SH


-13-

Đồ án tốt nghiệp

GVHD: ThS. Đoàn Thị Hoài Nam

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:

Actinobacteria

Coelicolor,

Actinobacteria

Sulfureus,

Actinobacteria Aureus, Actinobacteria Cellulose.
+ Loài 2: Actinobacteria Hydroscopicus, Actinobacteria Griseoflavus,
Actinobacteria Ochroleucus, Actinobacteria Loidensis, Actinobacteria Viridans,
Actinobacteria Griseolus.
+

Loài 3: Actinobacteria Themofuscus, Actinobacteria Xanthostromus.

+

Loài

4:

Actinobacteria

Flavochromogenes,

Actinobacteria

Bovis,

Actinobacteria Sampsonii.
2.2.6.4. Nấm sợi:
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 Trichoderma
reesei.
2.3. Tổng quan về chủng nấm Trichoderma reesei:
2.3.1. Lịch sử phát hiện
Gần 200 năm về trước, Trichoderma được phát hiện ra và hiện nay loài đó
được biết là Trichoderma viride. Hơn 150 năm sau, Trichoderma chỉ là đối tượng
của vài nhà phân loại nấm học nhưng không hấp dẫn được mối quan tâm của các
ngành khoa học khác.Tình hình thay đổi trong Thế Chiến lần thứ II, khi quân đội
Mỹ cảnh báo về hiện tượng các trang bị quân sự bị mục ở xứ nhiệt đới, đặc biệt là ở

Đề tài: Thiết kế nhà máy sản xuất enzyme cellulase
SVTH: Trương Tấn Hòa

Lớp 10SH


Đồ án tốt nghiệp

-14-

GVHD: ThS. Đoàn Thị Hoài Nam

Nam Thái Bình Dương. Chương trình điều tra của quân đội Mỹ chỉ ra rằng
Trichoderma "viride" mã số QM 6a là loài nấm phân hủy cellulose ở khu vực này.
Sự nhầm lẫn này kéo dài suốt 20 năm cho đến khi chủng Trichoderma QM 6a này
được nhận diện và đặt tên lại là Trichoderma reesei để tỏ lòng tôn kính người đã
khám phá ra loài này là Elwyn T. Reese, tác giả làm việc tại viện nghiên cứu Natick
với sự cộng tác của Mary Mandels đã nghiên cứu nhiều đề tài về sinh tổng hợp,cơ
chế phân hủy cellulose và các hợp chất polysaccharide khác của chủng
Trichoderma reesei này và các thể đột biến trên chủng đó. Nhờ những công trình đó
mà nhiều phòng thí nghiệm khác ở Mỹ, Châu Âu và Châu Á tiếp tục nghiên cứu và
khám phá ra hệ thống phân giải cellulose của Trichoderma vào cuối thập niên 60.
Cùng thời điểm đó, Rifai và Webster ở Anh lần đầu tiên phân loại và mô tả được 9
loàiTrichoderma. Việc nuôi cấy dễ dàng và không tốn kém, các chủng Trichoderma
đã lôi kéo các nhà nghiên cứu đi vào các hướng nghiên cứu cơ bản về Trichoderma
hơn là ứng dụng về phân giải cellulose của chúng. Một phát hiện quan trọng trong
nghiên cứu về Trichoderma là khả năng kích thích tăng trưởng cho cây trồng và khả
năng đối kháng với các loài nấm bệnh giúp Trichoderma được dùng như là tác nhân
kiểm soát sinh học trong nông nghiệp. Ngày nay, lĩnh vực này đã trở thành hướng
nghiên cứu của nhiều nhà khoa học trên thế giới.

Hình 2.3 Ảnh nhìn qua kính hiển vi về những sợi tơ phát triển của dòng nấm
Tricoderma reesei. Trong hình, các protein trong các tế bào nấm được đánh dấu màu đỏ
trong khi chất chitin – một thành phần của các thành tế bào – được đáng dấu màu xanh
dương. (Ảnh: Mari Valkonen, VTT Finland)

Đề tài: Thiết kế nhà máy sản xuất enzyme cellulase
SVTH: Trương Tấn Hòa

Lớp 10SH


Đồ án tốt nghiệp

-15-

GVHD: ThS. Đoàn Thị Hoài Nam

2.3.2. Đặc điểm:
Nấm Trichoderma spp hiện diện gần như trong tất cả các loại đất và trong một
số môi trường sống khác, chúng là loại nấm được nuôi cấy thông dụng nhất. Nấm
Trichoderma hiện diện với mật độ cao và phát triển mạnh ở vùng rễ của cây, một số
giống có khả năng phát triển ngay trên rễ, những giống này có thể được bổ sung vào
trong đất hay hạt giống bằng nhiều phương pháp. Nấm Trichoderma khi chúng tiếp
xúc với rễ, chúng phát triển trên bề mặt rễ hay vỏ rễ phụ thuộc vào từng giống. Vì
vậy, khi được dùng trong xử lý hạt giống, những giống thích hợp nhất sẽ phát triển
trên bề mặt rễ ngay cả khi rễ phát triển dài hơn 1m phía dưới mặt đất và chúng có
thể tồn tại và còn hiệu lực cho đến 18 tháng sau khi sử dụng, tuy nhiên không nhiều
giống có khả năng này.
Ngoài sự hình thành khuẩn lạc trên rễ, nấm Trichoderma còn tấn công, ký sinh

và lấy chất dinh dưỡng từ các loài nấm khác. Bởi vì nơi Trichoderma phát triển tốt
nhất là nơi có nhiều rễ khỏe mạnh, và Trichoderma sở hữu nhiều cơ chế cho việc
tấn công các loài nấm gây bệnh cũng như cơ chế cho việc nâng cao sự sinh trưởng
và phát triển của cây. Nhiều phương pháp mới trong kiểm soát sinh học và nâng cao
sự sinh trưởng của cây hiện nay đã được chứng minh rõ ràng. Quá trình này được
điều khiển bởi nhiều gen và sản phẩm từ gen khác nhau. Sau đây là một số cơ chế
chủ yếu: Ký sinh nấm, kháng sinh, cạnh tranh chất dinh dưỡng và không gian, sự
chịu đựng các điều kiện bất lợi bằng việc gia tăng sự phát triển của cây và rễ, làm
hòa tan và cô lập chất dinh dưỡng vô cơ, cảm ứng sự kháng bệnh, bất hoạt enzyme
gây bệnh.
Hầu hết các giống Trichoderma không sinh sản hữu tính mà thay vào đó là cơ
chế sinh sản vô tính. Tuy nhiên, có một số giống sinh sản hữu tính đã được ghi nhận
nhưng những giống này không thích hợp để sử dụng trong các phương pháp kiểm
soát sinh học. Phương pháp phân loại truyền thống dựa trên sự khác nhau về hình
thái chủ yếu là ở bộ phận hình thành bào tử vô tính, gần đây nhiều phương pháp
phân loại dựa trên cấu trúc phân tử đã được sử dụng. Hiện nay nấm Trichoderma có
ít nhất là 33 loài.

Đề tài: Thiết kế nhà máy sản xuất enzyme cellulase
SVTH: Trương Tấn Hòa

Lớp 10SH


Đồ án tốt nghiệp

-16-

GVHD: ThS. Đoàn Thị Hoài Nam

Hình 2.4 Cấu trúc không gian của nấm Trichoderma reesei
2.3.3. Hình thái của nấm Trichoderma reesei:
Trichoderma là một loài nấm bất toàn, sinh sản vô tính bằng đính bào tử khuẩn
ty.Khuẩn ty của vi nấm không màu, cuống sinh bào tử phân nhánh nhiều, bào tử có
vách ngăn và thường có màu xanh dạng hình trứng, tròn, elip hoặc oval tùy theo
từng loài.
Khuẩn lạc nấm có màu trắng hoặc từ lục trắng đến lục vàng, vàng xanh, lục
xỉn đến lục đậm. Các chủng Trichoderma có tốc độ phát triển nhanh đường kính
khuẩn lạc từ 2-9 cm sau 4 ngày nuôi cấy ở 300C.
Có khả năng sử dụng nguồn hỗn hợp carbon và nitrogen thường ở dạng
monosaceharides và disaccharides, cùng với hỗn hợp polysaccgarides, puriness,
pyrinidines… NH3 là nguồn đạm cần thiết cho sự sinh trưởng và phát triển trong
quá trình nuôi trồng Trichodema.
Muối, các nguồn sulfur và các hỗn hợp như vitamin cũng có ảnh hưởng lớn
đến khả năng sinh trưởng của Trichoderma. Ngược lại, muối sodium chloride làm
giảm sự sinh trưởng và phát triển của một số loài . Do đó, trong môi trường nuôi
trồng không được có mặt của muối này.
Phần lớn các loài Trichoderma dễ nảy mầm ở các môi trường tự nhiên và nhân
tạo dưới điều kiện tối sáng lẫn lộn và bào tử có thể xuất hiện trong điều kiện sáng.
Là loại nấm chủ yếu kí sinh trong đất, các loại vi sinh vật khác và có khả năng
Thiết lập quần thể tại rễ cấy, nảy mần trong đất

Đề tài: Thiết kế nhà máy sản xuất enzyme cellulase
SVTH: Trương Tấn Hòa

Lớp 10SH


-17-

Đồ án tốt nghiệp

GVHD: ThS. Đoàn Thị Hoài Nam

Hình 2.5 Hình thái Trichoderma Reesei
2.3.4. Thành phần môi trường nuôi cấy:
2.3.4.1. 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 bã mía,vỏ sắn, giấy lọc, bông, bột cellulose,
lõi ngô, cám , mùn cưa, bã củ cải, rơm, than bùn… Trichoderma lignorum và
Trichoderma 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,cám gạo,
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.

Đề tài: Thiết kế nhà máy sản xuất enzyme cellulase
SVTH: Trương Tấn Hòa

Lớp 10SH

Đồ án tốt nghiệp

-18-

GVHD: ThS. Đoàn Thị Hoài Nam

2.3.4.2. Nguồn Nitơ:
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)2HPO4.
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 C1 – và C2- cellulase cao hơn so với cao nấm men.
2.3.4.3. 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 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.
2.3.4.4. Chất kích thích sinh trưởng:
Biotin và tiamin trong môi trường dinh dưỡng không có ảnh hưởng đến sinh
tổng hợp enzym này.

Đề tài: Thiết kế nhà máy sản xuất enzyme cellulase
SVTH: Trương Tấn Hòa

Lớp 10SH


Đồ án tốt nghiệp

-19-

GVHD: ThS. Đoàn Thị Hoài Nam

CHƯƠNG 3 THUYẾT MINH DÂY CHUYỀN CÔNG NGHỆ
3.1. Tổng quan về nguyên liệu sản xuất:
3.1.1. Nguyên liệu bã mía:
Cùng với sự phát triển chung của đất nước, ngành mía đường Việt Nam đang
nỗ lực phấn đấu để đạt chỉ tiêu sản xuất một triệu tấn đường vào năm 2000, đáp ứng
nhu cầu tiêu thụ trong nước và tiến tới xuất khẩu. Song song với quá trình sản xuất
đường từ mía, ngành mía đường cũng thải ra một lượng bã mía khổng lồ (lượng bã
mía thường chiếm 25 – 26% lượng mía tươi). Việc sử dụng bã mía ở các nhà máy
đường đưa vào đốt lò hơi, làm giấy hay phân bón cũng chỉ hết 60%, còn lại 40%
thải ra môi trường gây ra ô nhiễm. Nhiều nhà máy đường ở Việt Nam hiện nay chưa
có biện pháp thích hợp để xử lý chất thải trước khi đưa vào môi trường. Các biện
pháp như chôn lấp, đổ chất thải vào sông, hồ đều trực tiếp gây nên hậu quả ô nhiễm
môi trường, ảnh hưởng tới sinh thái. Theo báo cáo của công ty đường 333 Dăk Lăk,
việc đốt bã mía của nhà máy đường đã thải vào môi trường không khí một lượng
lớn bụi khói (361.25kg/h), lượng SO2(6.3kg/h), NOx(41.5kg/h), CO(128.7kg/h)...
gây ô nhiễm môi trường không khí khu vực xung quanh nhà máy. Bụi vào phổi gây
kích thích cơ học, xơ hoá phổi dẫn đến các bệnh hô hấp như khó thở, ho và khạc
đờm, ho ra máu, đau ngực... SO2, NOx là những chất ô nhiễm không khí được xem
là nguy hiểm nhất đối với sức khoẻ con người, động vật và khí quyển, gây ra các
bệnh về đường hô hấp cho con người và có thể gây tử vong ở nồng độ cao.
Bã mía chiếm 25 – 30% trọng lượng mía đem ép. Trong bã mía chứa trung

bình 49% là nước, 48% là xơ (trong đó chứa 45 – 55% cellulose) 2.5% là chất hoà
tan (đường).Đây là nguồn cacbon quá giá để sản xuất enzyme cellulose từ vi sinh
vật.
3.1.2. Nguyên liệu cám gạo:
Lúa là cây lương thực chính của gần nửa số dân trên thế giới, mà đặc biệt
trồng nhiều ở các nước khu vực Đông Nam Á. Về diện tích canh tác của cây lúa chỉ
kém hơn cây lúa mì nhưng năng suất của nó lại cao nhất.

Đề tài: Thiết kế nhà máy sản xuất enzyme cellulase
SVTH: Trương Tấn Hòa

Lớp 10SH


Đồ án tốt nghiệp

-20-

GVHD: ThS. Đoàn Thị Hoài Nam

Lúa là loại cây ưa ẩm và ấm nên được trồng nhiều ở các vùng châu thổ của các
con sông lớn. Cây lúa thuộc họ hoà thảo, có tới hơn 20 loại giống lúa khác nhau.
Nhưng trồng nhiều nhất và có ý nghĩa kinh tế nhất là lúa mùa.
Cám gạo là một phế phẩm khi xay xát hạt lúa để loại bỏ lớp vỏ tạo ra hạt gạo.
Trong cám gạo có chứa tương đối đủ các chất phù hợp cho sự phát triển của vi sinh
vật đặc biệt là nấm sợi, hàm lượng tinh bột chiếm lượng lớn.
Bảng 3.1 Thành phần hoá học trung bình của cám:
STT
Thành phần
1

Protein
2
Lipit
3
Gluxit tổng số
4
Cellulose
5
Tro
6
Canxi
7
Photpho
8
Sắt
9
Vitamin B1
3.2. Chọn dây chuyền công nghệ:

Đơn vị
%
%
%
%
%
mg/100g
mg/100g
mg/100g
mg/100g

Số lượng
12,20
22,70
40,30
6,30
6,50
30,00
4,60
14,00
0,96

Trong công nghiệp sản xuất enzyme hiện nay có hai phương pháp: phương
pháp nuôi cấy bề mặt và phương pháp nuôi cấy chìm.
So sánh hai phương pháp ta thấy phương pháp nuôi cấy bề mặt có những ưu
điểm sau:
- Nuôi bề mặt rất dễ thực hiện, qui trình công nghệ không phức tạp.
- Lượng enzyme được tạo thành từ nuôi cấy bề mặt thường cao hơn rất nhiều
so với nuôi cấy chìm.
- Chế phẩm enzyme thô sau khi thu nhận rất dễ sấy khô và bảo quản.
- Nuôi cấy bề mặt không cần sử dụng nhiều thiết bị phức tạp, do đó việc vận
hành công nghệ cũng như đầu tư ban đầu vừa đơn giản vừa không tốn kém.
- Trong trường hợp bị nhiễm vi sinh vật lạ rất dễ xử lý.
- Trong kĩ thuật nuôi cấy bề mặt có hai loại môi trường nuôi cấy, đó là môi
trường bán rắn và môi trường lỏng. Ở môi trường lỏng thì vi sinh vật sẽ phát triển
trên bề mặt dung dịch lỏng nơi phân cắt giữa pha lỏng và pha khí. Khi đó các tế bào
vi sinh vật sẽ tạo thành những ván phủ kín bề mặt dung dịch lỏng. Enzyme sẽ được
Đề tài: Thiết kế nhà máy sản xuất enzyme cellulase
SVTH: Trương Tấn Hòa

Lớp 10SH

Đồ án tốt nghiệp

-21-

GVHD: ThS. Đoàn Thị Hoài Nam

tổng hợp trong tế bào và thoát khỏi tế bào vào trong dung dịch nuôi cấy. Do đó việc
thu nhận enzyme thô trong dịch nuôi cấy cũng rất đơn giản. Tuy nhiên phương pháp
nuôi cấy này tỏ ra không hiệu quả vì hoạt lực của enzyme thu nhận được của
phương pháp này không cao bằng nuôi cấy trên môi trường bán rắn.Một mặt
phương pháp này vi sinh vật phát triển chủ yếu trên bề mặt nên hệ sử dụng môi
trường nuôi cấy không cao. Vì vậy phương pháp này ít được dùng.
Chính vì những lý do trên mà tôi quyết định chọn phương pháp nuôi cấy bề
mặt trên môi trường bán rắn với dây chuyền công nghệ như sau:

Đề tài: Thiết kế nhà máy sản xuất enzyme cellulase
SVTH: Trương Tấn Hòa

Lớp 10SH


-22-

Đồ án tốt nghiệp

GVHD: ThS. Đoàn Thị Hoài Nam
Bã mía

Cám gạo
Phân ly từ tính
Làm sạch, định lượng
Trộn
W= 60%

Giống VSV

Tiệt trùng
1400C, 50 -60’

Hoạt hóa
Nhân giống cấp 1,2
Nhân giống sản xuất

Làm nguội
38 -400C
Cấy giống
Phân phối vào khay nuôi

Băm cắt

Nước
Khoáng chất:
MgSO4: 0,05 %
KH2PO4: 0,1 %
NaNO3:0,15 %
Khay
Thanh trùng
khay

Nuôi cấy 28- 32oC, T= 42h, W = 60%
Chế phẩm enzyme thô
Nghiền
Dịch trích li 1

Trích ly lần 1

Nước t= 400C
VH20 :Vsk = 2 :1

Bã
Bã

Trích ly lần 2

Nước t= 500C
VH20 :Vsk = 1 :1

Dịch trích li 2

Chất bảo quản

Cô đặc chân không
Sấy chân không W= 4%
Cân- Bao gói
Enzyme thành phẩm

Đề tài: Thiết kế nhà máy sản xuất enzyme cellulase
SVTH: Trương Tấn Hòa

Lớp 10SH


Đồ án tốt nghiệp

-23-

GVHD: ThS. Đoàn Thị Hoài Nam

3.3. Thuyết minh dây chuyền công nghệ
3.3.1. Nguyên liệu bã mía:
Băm cắt: Khi sản xuất thì bã mía từ kho chuyển đến máy băm cắt đến mức độ
công nghệ yêu cầu nhờ lưới. Sau đó được vận chuyển đến máy sàng rung.
Sàng: bã mía từ máy nghiền được băng tải chuyển đến máy sàng để phân loại
kích cỡ các loại:
+ Loại 1: Đạt kích thước yêu cầu của công nghệ thì được gàu tải chuyển lên
bunke định lượng, và được vít tải chuyển đến bộ phận phối trộn.
+ Loại 2: Kích thước quá lớn thì được chuyển lại vào máy băm cắt để tiếp tục
sàng.
3.3.2. Phân ly từ tính:
Mục đích: Tách các kim loại ra khỏi bã mía,nhằm tránh tình trạng kim loại tạo
ra tia sáng va đập với phần kim loại của thiết bị.
Tiến hành: bã mía được đưa vào xử lý tại máy phân loại từ tính.Tại đây dưới
tác dụng của lực từ, kim loại được tách ra khỏi hỗn hợp,sau đó được đưa đi xử lý
tiếp theo còn kim loại sau khi tách được tập trung tại nơi tập kết và đưa đi tái chế.
3.3.3. Nguyên liệu cám gạo:
Cám gạo từ kho qua băng tải đến thiết bị làm sạch dạng sàng rung, được gàu
tải đưa lên bunke định lượng khối lượng, sau đó cám từ bunke được xả xuống thiết
bị phối trộn.

3.3.4. Phối trộn:
Hỗn hợp cám,bã mía, nước, muối khoáng và các chất dinh dưỡng cần thiết
khác được trộn đều.

Đề tài: Thiết kế nhà máy sản xuất enzyme cellulase
SVTH: Trương Tấn Hòa

Lớp 10SH


-24-

Đồ án tốt nghiệp

GVHD: ThS. Đoàn Thị Hoài Nam

Thành phần môi trường nuôi cấy:
Bã mía

70%

Cám gạo

29.6%

MgSO4

0.05

KH2PO4

0.2

NaNO3

0.15

Nước làm ẩm, phục vụ trực tiếp cho tiệt trùng, đảm bảo chế độ làm ẩm cho
quá trình nuôi cấy, độ ẩm tối ưu là 58% ÷ 60%.
3.3.5. Tiệt trùng:
Mục đích: Làm cho môi trường được tinh khiết về phương diện vi sinh vật,
làm chín, biến hình tinh bột và protêin.
Tiến hành: tiệt trùng bằng hơi nước nóng 1- 1,5 atm ở 140 oC. Thời gian giữ
nhiệt là 50 ÷ 60 phút.
3.3.6. Làm nguội:
- Mục đích: Làm nguội đến nhiệt độ nuôi cấy nhằm tạo điều kiện thích hợp về
mặt nhiệt độ cho vi sinh vật phát triển.
- Cách tiến hành: Sau khi tiệt trùng, môi trường được vít tải chuyển vào băng
tải làm nguội đặt trong phòng cấy vô trùng có thông khí bão hòa. Môi trường được
làm nguội đến nhiệt độ khoảng 380C ÷ 400C.
3.3.7. Nhân giống:
3.3.7.1. Hoạt hóa giống nấm:
Giống trong ống nghiệm được giữ ở trạng thái hoạt động bằng cách cấy truyền
mỗi tháng một lần trong các môi trường thạch czapek.
Thành phần môi trường thạch czapek:
Agar
Saccharose
NaNO3
KH2PO4
MgSO4.7H2O

KCl

2%
30g
3g
1g
0,5g
0,5g

Đề tài: Thiết kế nhà máy sản xuất enzyme cellulase
SVTH: Trương Tấn Hòa

Lớp 10SH


Đồ án tốt nghiệp

-25-

GVHD: ThS. Đoàn Thị Hoài Nam

FeSO4
0,01g
Dịch tự phân nấm men. 10ml
Nước định mức lên 1000ml
pH = 4 ÷ 6,5
3.3.7.2. Nhân giống cấp 1:
Nhân giống trên máy lắc.
Tỷ lệ cấy giống phải đạt 10% giống cấp 2. Nhân giống ở 25 0C, thời gian 24
giờ.

Thành phần môi trường czapek:
Saccharose
NaNO3
KH2PO4
MgSO4.7H2O
KCl
FeSO4
Cao nấm men.
Nước

30%
3%
1%
0,5%
0,5%
0,01%
0,5 %
1kg/lít

3.3.7.3. Nhân giống cấp 2:
Tỷ lệ cấy giống phải đạt 10% giống sản xuất. Nhân giống ở 25 0C, thời gian 24
giờ.
Thành phần môi trường czapek:
Saccharose
NaNO3
KH2PO4
MgSO4.7H2O
KCl
FeSO4
Cao nấm men.

Nước

30%
3%
1%
0,5%
0,5%
0,01%
0,5 %
1kg/lít

Đề tài: Thiết kế nhà máy sản xuất enzyme cellulase
SVTH: Trương Tấn Hòa

Lớp 10SH