Thiết kế nhà máy sản xuất acid glutamic từ nguyên liệu rỉ đường với năng suất 1 tấn sản phẩmngày

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
KHOA HÓA

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
NGÀNH: CÔNG NGHỆ SINH HỌC

ĐỀ TÀI:

THIẾT KẾ NHÀ MÁY SẢN XUẤT ACID GLUTAMIC TỪ
NGUYÊN LIỆU RỈ ĐƯỜNG VỚI NĂNG SUẤT 1 TẤN
SẢN PHẨM/NGÀY
Người hướng dẫn: TS. LÊ LÝ THÙY TRÂM
Sinh viên thực hiện: HỒ THỊ BÌNH
Số thẻ sinh viên: 107120242
Lớp: 12SH

Đà Nẵng, 5/2017
i


LỜI CẢM ƠN

Trong suốt 5 năm học tại trường Đại Học Bách Khoa – ĐH Đà Nẵng, em đã
học hỏi và tích lũy được rất nhiều kiến thức quý giá, cũng như nhiều kinh nghiệm
trong học tập hay hoạt động ngoại khóa…Em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến tất cả
các thầy cô đã và đang công tác tại ngơi trường này, các thầy cơ trong khoa Hóa, đặc
biệt là các thầy cô trong bộ môn Công Nghệ Sinh Học đã dạy dỗ, chỉ bảo và nhiệt tình
giúp đỡ em trong quãng thời gian em ngồi trên ghế nhà trường.
Trong suốt quá trình em thực hiện đề tài này, em xin chân thành gởi lời cảm ơn
đến cô giáo TS. Lê Lý Thuỳ Trâm đã hướng dẫn tận tình, chỉ bảo em, và cho em lời

khuyên khi em vấp phải những khó khăn và có thể hồn thành được đề tài.
Con cũng xin gửi lời cảm ơn đến ba mẹ, anh chị em trong nhà đã cố gắng tạo
mọi điều kiện thuận lợi, tốt nhất và động viên con trong những lúc khó khăn để con có
thể hồn thành tốt tất cả mọi việc trong suốt quá trình học tập. Mình cũng xin gửi lời
cảm ơn đến tất cả các bạn bè của mình đã ln ủng hộ và động viên mình.
Trong thời gian làm đồ án khơng tránh khỏi những thiếu sót, em mong thầy cơ
thơng cảm và bỏ qua cho em.

ii


CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan về nội dung đồ án không sao chép nội dung cơ bản từ các đồ án
khác. Đây là bản thiết kế mẫu dựa vào những điều kiện chung nhất, những giả thiết
chung, có thể xây dựng bất kỳ ở địa phương nào hay địa điểm nào. Các số liệu trong
đồ án được sử dụng trung thực, nguồn trích dẫn có chú thích rõ ràng, minh bạch, có
tính kế thừa, phát triển từ các tài liệu, tạp chí, các cơng trình nghiên cứu đã được cơng
bố, các website.
Tơi xin hồn tồn chịu trách nhiệm về lời cam đoan của tôi.
Sinh viên thực hiện

iii


MỤC LỤC
LỜI CẢM ƠN ............................................................................................................. ii
CAM ĐOAN .............................................................................................................. iii
MỤC LỤC ...................................................................................................................iv
DANH MỤC HÌNH ẢNH...........................................................................................ix

DANH MỤC BẢNG BIỂU..........................................................................................x
DANH SÁCH CÁC CỤM TỪ VIẾT TẮT .................................................................xi
LỜI MỞ ĐẦU ..............................................................................................................1
Chương 1 LẬP LUẬN KINH TẾ KỸ THUẬT ...........................................................2
1.1. Đặc điểm thiên nhiên .................................................................................... 2
1.2. Vùng nguyên liệu. ......................................................................................... 3
1.3. Hợp tác hoá ................................................................................................... 3
1.4. Nguồn cung cấp điện, hơi và nhiên liệu ....................................................... 3
1.5. Nguồn cung cấp nước và vấn đề xử lý nước. ............................................... 3
1.6. Giao thơng vận tải. ........................................................................................ 3
1.7. Thốt nước. ................................................................................................... 3
1.8. Nhân công và thị trường tiêu thụ. ................................................................. 3
1.9. Nguồn tiêu thụ sản phẩm. ............................................................................. 4
Chương 2 TỔNG QUAN TÀI LIỆU ...........................................................................5
2.1. Giới thiệu về acid glutamic ........................................................................... 5
2.1.1. Lịch sử phát hiện .........................................................................................5
2.1.2. Khái niệm. ...................................................................................................5
2.1.3. Vai trò của acid glutamic .............................................................................6
2.2. Các yếu tố ảnh hưởng đến sự hình thành acid glutamic trong sản xuất công
nghiệp ...................................................................................................................... 7
2.2.1. Nguồn Cacbon: ............................................................................................7
2.2.2. Nguồn nitơ: ..................................................................................................7
2.2.3. Nguồn muối vơ cơ khác: .............................................................................8
2.2.4. Nguồn các chất điều hồ sinh trưởng ..........................................................8
2.2.5. Ảnh hưởng của pH ......................................................................................9
2.2.6. Ảnh hưởng của nhiệt độ ..............................................................................9
2.2.7. Ảnh hưởng của sự cung cấp oxy và khuấy trộn ..........................................9
2.3. Nguyên liệu sản xuất acid glutamic .............................................................. 9
2.3.1. Rỉ đường ......................................................................................................9
iv

2.4. Các phương pháp sản xuất acid glutamic ................................................... 11
2.4.1. Các phương pháp sản xuất acid amin ........................................................11
2.4.2. Phương pháp sản xuất acid glutamic .........................................................12
2.4.3. Sản xuất acid glutamic bằng phương pháp lên men ..................................12
2.5. Tình hình nghiên cứu acid glutamic trong và ngồi nước .......................... 16
2.5.1. Tình hình trong nước .................................................................................16
2.5.2. Tình hình thế giới ......................................................................................16
Chương 3 CHỌN VÀ THÚT MINH QUY TRÌNH CƠNG NGHỆ.....................18
3.1. Chọn phương pháp sản xuất........................................................................ 18
3.2. Chọn chủng vi sinh vật ............................................................................... 18
3.3. Quy trình sản xuất acid glutamic ................................................................ 19
3.4. Thuyết minh quy trình ................................................................................ 22
3.4.1. Nguyên liệu rỉ đường .................................................................................22
3.4.1. Xử lý nguyên liệu rỉ đường .......................................................................22
3.4.2.Ly tâm .........................................................................................................23
3.4.3. Pha chế dịch lên men .................................................................................23
3.4.4. Khử trùng và làm nguội .............................................................................23
3.4.5. Giống vi sinh vật .......................................................................................23
3.4.6. Lên men .....................................................................................................25
3.4.7. Lọc tách sinh khối .....................................................................................26
3.4.8. Cơ đặc ........................................................................................................26
3.4.9. Tẩy màu .....................................................................................................26
3.4.10. Acid hố và kết tinh .................................................................................26
3.4.11. Ly tâm ......................................................................................................27
3.4.12. Lọc ...........................................................................................................27
3.4.13. Sấy ...........................................................................................................27
3.4.14. Làm nguội ................................................................................................ 27
3.4.15. Phân loại ..................................................................................................27

3.4.16. Bao gói .....................................................................................................28
Chương 4 TÍNH CÂN BẰNG VẬT CHẤT ..............................................................29
4.1. Kế hoạch sản xuất của nhà máy trong một năm ......................................... 29
4.2. Cân bằng vật liệu ........................................................................................ 30
4.2.1. Đóng gói, bảo quản....................................................................................30
4.2.2. Làm nguội, phân loại .................................................................................30
4.2.3. Sấy .............................................................................................................30
4.2.4. Lọc tinh thể ................................................................................................ 31
4.2.5. Ly tâm ........................................................................................................31
4.2.6. Acid hoá và kết tinh ...................................................................................31
v


4.2.7. Tẩy màu .....................................................................................................32
4.2.8. Cô đặc chân không ....................................................................................32
4.2.9. Lọc tách sinh khối .....................................................................................33
4.2.10. Lên men ...................................................................................................33
4.2.11. Tiệt trùng và làm nguội ...........................................................................34
4.2.12. Pha chế dịch lên men ...............................................................................34
4.2.13. Dịch rỉ đường pha loãng lần hai ..............................................................34
4.2.14. Ly tâm dịch đường ..................................................................................34
4.2.15. Xử lý rỉ đường .........................................................................................35
4.3. Tổng kết ...................................................................................................... 35
Chương 5 TÍNH TOÁN THIẾT BỊ ............................................................................37
5.1. Thùng chứa rỉ đường................................................................................... 37
5.2. Thiết bị pha chế sơ bộ ................................................................................. 38
5.3. Thiết bị thuỷ phân đường ............................................................................ 39
5.4. Thiết bị ly tâm rỉ đường .............................................................................. 39
5.5. Thiết bị pha loãng rỉ đường lần 2 ................................................................ 40
5.6. Thùng pha chế dịch lên men ....................................................................... 41

5.7. Thiết bị tiệt trùng và làm nguội .................................................................. 42
5.8. Thùng chứa sau khi tiệt trùng ..................................................................... 43
5.9. Thiết bị lên men .......................................................................................... 44
5.10. Thùng chứa dịch acid glutamic sau lên men............................................. 45
5.11. Lọc ép khung bản ...................................................................................... 45
5.12. Thùng chứa dịch acid glutamic ................................................................. 46
5.13. Thiết bị cô đặc ........................................................................................... 47
5.14. Thiết bị tẩy màu ........................................................................................ 48
5.15. Thiết bị kết tinh ......................................................................................... 49
5.16. Thiết bị ly tâm ........................................................................................... 49
5.17. Thiết bị lọc ................................................................................................ 50
5.18. Thiết bị sấy ................................................................................................ 51
5.19. Sàng phân loại sản phẩm .......................................................................... 52
5.20. Thiết bị đóng gói ....................................................................................... 52
5.21. Thiết bị vận chuyển................................................................................... 53
5.21.1. Băng tải ....................................................................................................53
5.21.2. Gàu tải vận chuyển acid glutamic thành phẩm........................................53
vi


5.21.3. Chọn bơm ................................................................................................ 54
5.22. Bunke chứa acid glutamic thành phẩm ..................................................... 55
5.23. Thùng chứa acid ........................................................................................ 56
5.23.1. Thùng chứa acid H2SO4 ...........................................................................56
5.23.2. Thùng chứa acid HCl...............................................................................57
5.24. Thiết bị nhân giống cấp 1 ......................................................................... 57
5.25. Thiết bị nhân giống cấp 2 ......................................................................... 57
5.26.Thiết bị nhân giống cấp 3 .......................................................................... 58
Chương 6 TÍNH TỔ CHỨC .......................................................................................60
6.1. Sơ đồ hệ thống tổ chức nhà máy ................................................................. 60

6.2. Tổ chức lao động của nhà máy ................................................................... 60
6.2.1. Chế độ làm việc .........................................................................................60
6.2.2. Tính nhân lực lao động ..............................................................................60
Chương 7 TÍNH XÂY DỰNG ...................................................................................63
7.1. Các cơng trình xây dựng của nhà máy ........................................................ 63
7.1.1. Phân xưởng sản xuất chính ........................................................................63
7.1.2. Kho chứa nguyên vật liệu ..........................................................................63
7.1.3. Kho thành phẩm. .......................................................................................64
7.1.4. Nhà hành chính. .........................................................................................64
7.1.5. Xưởng cơ điện. ..........................................................................................65
7.1.6. Lị hơi, khí nén...........................................................................................65
7.1.7. Trạm biến áp. .............................................................................................65
7.1.8. Máy phát điện dự phòng. ...........................................................................65
7.1.9. Khu xử lý nước thải. ..................................................................................65
7.1.10. Khu xử lý nước. .......................................................................................65
7.1.11. Đài nước. .................................................................................................65
7.1.12. Nhà sinh hoạt. ..........................................................................................66
7.1.13. Nhà để xe máy và xe đạp. ........................................................................66
7.1.14. Gara ơtơ. ..................................................................................................66
7.1.15. Phịng bảo vệ. ..........................................................................................66
7.1.16. Nhà ăn. .....................................................................................................66
7.1.17. Kho nhiên liệu. ........................................................................................66
7.1.18. Khu đất mở rộng. .....................................................................................66
7.2. Qui cách xây dựng nhà máy....................................................................... 66
Chương 8 TÍNH HƠI - NƯỚC ..................................................................................69
8.1.Tính hơi ........................................................................................................ 69
8.1.1. Sấy acid glutamic ......................................................................................69
vii

8.1.2. Tính tốn các trạng thái của khơng khí và vật liệu sấy .............................69
8.1.3. Công đoạn tiệt trùng. .................................................................................73
8.1.4. Công đoạn tiệt trùng nồi lên men. .............................................................76
8.1.5. Tính nhiệt xử lý rỉ đường. .........................................................................76
8.1.6. Lượng hơi cần cung cấp cho nhà máy trong 1h. .......................................78
8.1.7. Lượng hơi để vệ sinh, tổn thất vào các mục đích khác .............................78
8.1.8. Tính và chọn nồi hơi ..................................................................................78
8.2. Tính nước. ................................................................................................... 79
Chương 9: KIỂM TRA SẢN XUẤT VÀ SẢN PHẨM .............................................80
9.1. Kiểm tra đầu vào của nguyên liệu rỉ đường. ............................................... 80
9.2. Kiểm tra các công đoạn sản xuất. ............................................................... 80
9.2.1. Xử lý nguyên liệu. .....................................................................................80
9.2.2. Pha chế dịch lên men. ................................................................................80
9.2.3. Lên men. ....................................................................................................80
9.2.4. Công đoạn sau lên men..............................................................................81
9.3. Kiểm tra chất lượng sản phẩm .................................................................... 81
Chương 10: AN TOÀN LAO ĐỘNG ........................................................................82
10.1. Những nguyên nhân gây ra tai nạn. .......................................................... 82
10.2. Những biện pháp hạn chế tai nạn lao động. .............................................. 82
10.3. Những yêu cầu cụ thể về an toàn lao động. .............................................. 82
10.3.1 Thơng gió. .................................................................................................83
10.3.2. An tồn về điện. .......................................................................................83
10.3.3. An tồn sử dụng thiết bị. .........................................................................83
10.3.4. Phịng chống ồn và rung. .........................................................................83
10.3.5. Phịng chống cháy nổ...............................................................................83
10.3.6. An tồn đối với hố chất..........................................................................84
10.4. Vệ sinh xí nghiệp ...................................................................................... 84
10.4.1. Vệ sinh cá nhân của công nhân ...............................................................84
10.4.2. Vệ sinh máy móc, thiết bị ........................................................................84
10.4.3. Vệ sinh xí nghiệp .....................................................................................85

KẾT LUẬN ................................................................................................................86
TÀI LIỆU THAM KHẢO ..........................................................................................87
WEB ...........................................................................................................................88
TÀI LIỆU NƯỚC NGOÀI .........................................................................................88

viii


DANH MỤC HÌNH ẢNH

Hình 1.1. Bản đồ vị trí xây dựng ............................................................................. 2
Hình 2.1. Cấu trúc phân tử acid glutamic. .............................................................. 6
Hình 2.2. Hình ảnh về sản phẩm acid glutamic ...................................................... 7
Hình 2.3. Rỉ đường ................................................................................................ 10
Hình 2.4. Corynebacterium glutamicum ............................................................... 13
Hình 2.5. Con đường sinh tổng hợp thừa acid glutamic ....................................... 14
Hình 5.1. Thùng chứa rỉ đường ............................................................................. 38
Hình 5.2 Thiết bị pha lỗng sơ bộ ......................................................................... 38
Hình 5.3. Thiết bị xử lý rỉ đường .......................................................................... 39
Hình 5.4. Thiết bị ly tâm nằm ngang .................................................................... 40
Hình 5.5. Thiết bị pha lỗng .................................................................................. 41
Hình 5.6. Thiết bị pha chế dịch lên men ............................................................... 41
Hình 5.7. Thiết bị trao đổi nhiệt ............................................................................ 43
Hình 5.8. Thùng chứa sau tiệt trùng ...................................................................... 43
Hình 5.9. Thiết bị lên men..................................................................................... 44
Hình 5.10. Thùng chứa sau dịch lên men .............................................................. 45
Hình 5.11. Thiết bị lọc ép khung bản .................................................................... 46
Hình 5.12. Thùng chứa dịch sau lọc...................................................................... 47
Hình 5.13. Thiết bị cơ đặc chân khơng ................................................................. 48
Hình 5.14. Thiết bị tẩy màu................................................................................... 49

Hình 5.15. Thiết bị kết tinh ................................................................................... 49
Hình 5.16. Máy ly tâm .......................................................................................... 50
Hình 5.17. Sơ đồ thiết bị lọc băng tải.................................................................... 51
Hình 5.18. Sơ đồ sấy băng tải ............................................................................... 52
Hình 5.19. Sơ đồ máy đóng gói............................................................................. 53
Hình 5.20. Bunke chứa thành phẩm ...................................................................... 55
Hình 5.21. Thiết bị lên men 10L ........................................................................... 57

ix


DANH MỤC BẢNG BIỂU

Bảng 4.1. Biểu đồ sản xuất của nhà máy .............................................................. 29
Bảng 4.2. Bảng tổng kết tổn hao từng công đoạn ................................................. 29
Bảng 4.3. Tổng kết nguyên liệu ............................................................................ 35
Bảng 5.1. Bảng thống kê các thiết bị cần sử dụng ................................................ 37
Bảng 5.2. Đặc tính kỹ thuật của máy 352K-3 là ................................................... 40
Bảng 5.3. Đặc tính kỹ thuật của thiết bị Alpha- laval ........................................... 42
Bảng 5.4. Thông số kỹ thuật thiết bị lọc ép khung bản ......................................... 46
Bảng 5.5. Thông số kỹ thuật thiết bị cô đặc. ......................................................... 48
Bảng 5.6. Thông số kỹ thuật thiết bị ly tâm .......................................................... 50
Bảng 5.7. Thông số kỹ thuật thiết bị lọc băng tải ................................................. 51
Bảng 5.8. Thông số kỹ thuật thiết bị sấy .............................................................. 51
Bảng 5.9. Thông số kỹ thuật thiết bị đóng gói ...................................................... 53
Bảng 5.10. Bảng các thiết bị có sử dụng bơm ....................................................... 54
Bảng 5.11. Tổng kết thiết bị qua các công đoạn ................................................... 58
Bảng 6.1. Bảng số liệu lao động gián tiếp............................................................. 61
Bảng 6.2. Bảng số liệu lao động trực tiếp ............................................................. 61
Bảng 7.1. Tổng kết các cơng trình xây dựng trong nhà máy ................................ 67

Bảng 8.1. Thống kê lượng nước sử dụng .............................................................. 79

x


DANH SÁCH CÁC CỤM TỪ VIẾT TẮT
Chữ viết tắt
KCS : Kiểm tra chất lượng sản phẩm
L- AG: L- acid glutamic
H : chiều cao
V : thể tích

xi


Thiết kế nhà máy sản xuất acid glutamic từ nguyên liệu rỉ đường với năng suất 1 tấn sản phẩm/ngày.

LỜI MỞ ĐẦU
Hiện nay, xã hội ngày càng phát triển, con người hướng tới sức khoẻ cũng như
giá trị về tinh thần và vật chất. Để đáp ứng được các nhu cầu đó thì các doanh nghiệp
đầu tư sản xuất và tạo ra nhiều sản phẩm mới có tính đột phá, nhiều nhà máy chế biến
được xây dựng. Như chúng ta đã biết acid amin là thành phần cấu tạo nên protein,
đóng vai trị quan trọng trong q trình chuyển hóa và phát triển của cơ thể. Chính vì lí
do trên đã góp phần đẩy mạnh việc nghiên cứu acid glutamic – một loại acid amin thay
thế nhưng lại đóng một vai trị quan trọng trong q trình trao đổi chất, xây dựng cấu
trúc tế bào của con người và động vật cũng như tổng hợp các acid amin khác, trị một
số bệnh thần kinh,…Đặc biệt hơn nữa acid glutamic là nguyên liệu chính sản xuất
monosodium glutamate - chất điều vị, làm tăng hương vị cho món ăn, là sản phẩm
được bán chạy trên thị trường, bắt nguồn từ Nhật Bản, Trung Quốc… Ngày nay, người
ta cịn ứng dụng những tính chất của acid glutamic vào trong công nghệ mỹ phẩm, xà

phịng, dầu gội đầu, tổng hợp một số hố chất quan trọng như Acetylglutamat, acid
oxopyrolidicarboxylic …
Hiện tại, acid glutamic được sản xuất chủ yếu bằng 4 con đường: hoá học, thuỷ
phân, kết hợp và lên men. Thực tế người ta chủ yếu sản xuất theo con đường lên men
nhờ khả năng tổng hợp thừa một số loại acid amin của một số loài vi sinh vật với ưu
điểm là tận dụng được nguồn nguyên liệu rẻ tiền, có sẵn tại địa phương như tinh bột
sắn, rỉ đường… với hiệu suất cao, giá thành hạ, tạo ra acid glutamic dạng L.
Nước ta lại có nguồn phế phẩm rỉ đường dồi dào, có thể tận dụng để làm ngun
liệu chính sản xuất ra acid glutamic.
Vì vậy với tầm quan trọng của acid glutamic, cũng như có thể tận dụng được
nguồn nguyên liệu tại địa phương, đáp ứng nhu cầu tiêu thụ trong nước và tiến tới
xuất khẩu, nên việc thiết kế nhà máy sản xuất acid glutamic là cần thiết.
Chính vì những lý do trên, tôi chọn đề tài: Thiết kế nhà máy sản xuất acid
glutamic từ nguyên liệu rỉ đường với năng suất 1 tấn sản phẩm/ngày.

Sinh viên thực hiện: Hồ Thị Bình

Giáo viên hướng dẫn: TS.Lê Lý Thuỳ Trâm

1


Thiết kế nhà máy sản xuất acid glutamic từ nguyên liệu rỉ đường với năng suất 1 tấn sản phẩm/ngày.

Chương 1 LẬP LUẬN KINH TẾ KỸ THUẬT
Acid glutamic là một acid amin được sản xuất theo quy mô công nghiệp, mà
trên thị trường có sản phẩm phổ biến là natri glutamat hay cịn gọi là mì chính, thường
gặp dưới dạng bột hoặc tinh thể màu trắng ngậm một phân tử nước, là chất điều vị có
giá trị trong cơng nghiệp thực phẩm, trong nấu nướng thức ăn hàng ngày (đặc biệt là
các nước phương Đông).

Nhận thấy rằng tại khu vực miền Trung chưa có nhà máy sản xuất acid
glutamic. Qua tìm hiểu về vị trí địa lý, khí hậu, hệ thống giao thông vận tải, nguồn
nguyên liệu, nguồn nhân lực và các điều kiện khác, tôi quyết định chọn địa điểm xây
dựng nhà máy sản xuất acid glutamic tại khu công nghiệp Tịnh Phong thuộc huyện
Sơn Tịnh, tỉnh Quảng Ngãi. Tỉnh Quảng Ngãi có nền cơng nghiệp cũng như kinh tế
đang phát triển nhưng cịn ở mức thấp. Khu cơng nghiệp Tịnh Phong cách thành phố
Quảng Ngãi khoảng 8 km về phía Bắc, nằm trên địa phận xã Tịnh Phong, huyện Sơn
Tịnh, tỉnh Quảng Ngãi có giới cận như sau
[15]:
+ Phía Bắc: giáp khu liên hợp cơng
nghiệp – đơ thị và dịch vụ VSIP Quảng
Ngãi.
+ Phía Tây: giáp đường quốc lộ 1A.
+ Phía Đơng: giáp khu liên hợp cơng
nghiệp – đơ thị và dịch vụ VSIP Quảng
Ngãi.
+ Phía Nam: giáp kênh thốt nước
hiện hữu.
Đến nay, diện tích đất cơng nghiệp
có thể cho thuê theo quy hoạch là 100,76
(ha), đất công nghiệp đã cho thuê 70,16 ha,
Hình 1.1. Bản đồ vị trí xây dựng
tỷ lệ lấp đầy 69,63% [13].
Vì vậy, việc xây dựng một nhà máy trong khu công nghiệp Tịnh Phong là hợp
lý, và có ý nghĩa to lớn trong việc giải quyết công ăn việc làm cho người lao động,
nâng cao mức sống, thúc đẩy kinh tế phát triển.
1.1. Đặc điểm thiên nhiên
Địa điểm xây dựng nhà máy nằm trên mặt bằng giải toả của khu công nghiệp
Tịnh Phong và nằm sát quốc lộ 1A, mặt bằng thuận lợi cho việc xây dựng nhà máy.
Sinh viên thực hiện: Hồ Thị Bình

Giáo viên hướng dẫn: TS.Lê Lý Thuỳ Trâm

2


Thiết kế nhà máy sản xuất acid glutamic từ nguyên liệu rỉ đường với năng suất 1 tấn sản phẩm/ngày.

Về khí hậu, Quảng Ngãi là tỉnh có khí hậu tương đối ổn định, phân làm hai mùa
rõ rệt: mùa khô và mùa mưa. Gió chủ đạo: mùa đơng- gió Đơng Bắc, mùa hè- gió Tây
Nam. Nhiệt độ trung bình hằng năm là 25,70C, độ ẩm trung bình ở mức 85% [14].
1.2. Vùng nguyên liệu.
Quảng Ngãi có nguồn nguyên liệu dồi dào cung cấp cho sản xuất: có nhà máy
đường tại khu công nghiệp Quảng Phú cách khoảng 15 km, nhà máy đường Phổ Phong
cách khoảng 47km đến khu công nghiệp Tịnh Phong. Hai nhà máy đường này cung
cấp lượng rỉ đường cần thiết để sản xuất acid glutamic [14].
1.3. Hợp tác hố
Nhà máy sẽ đặt tại khu cơng nghiệp Tịnh Phong nên các điều kiện về hợp tác
hoá giữa các nhà máy trong khu công nghiệp với nhau sẽ rất thuận lợi, sử dụng chung
các cơng trình cơng cộng như điện, nước, hệ thống thốt nước, giao thơng,… Do vậy
giảm thiểu được vốn đầu tư ban đầu [13].
1.4. Nguồn cung cấp điện, hơi và nhiên liệu
Nhà máy sử dụng nguồn điện lấy từ lưới điện quốc gia. Ngoài ra để đảm bảo
cho quá trình sản xuất được liên tục thì nhà máy còn trang bị máy phát điện dự phòng.
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 mua từ các trạm xăng dầu trong tỉnh.
1.5. Nguồn cung cấp nước và vấn đề xử lý nước.
Nguồn cung cấp nước cho nhà máy chủ yếu từ nhà máy nước của khu công
nghiệp.
1.6. Giao thông vận tải.

Quảng Ngãi nằm trên quốc lộ 1A là đầu mối giao thơng của hai miền Nam Bắc.
Có cảng lớn có thể thơng ra quốc tế. 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 là điều
kiện rất thuận lợi về giao thơng.
1.7. Thốt nước.
Phần lớn nước thải của nhà máy đều chứa các chất hữu cơ là môi trường phát
triển của vi sinh vật, khi thải ra ngoài sẽ gây ảnh hưởng xấu đến mơi trường sinh thái.
Vì vậy, nước thải nhà máy sau khi qua hệ thống xử lý được đưa ra hệ thống cống thoát
nước và đến khu xử lý nước thải chung của khu công nghiệp.
1.8. Nhân công và thị trường tiêu thụ.
Nhà máy tuyển lao động ở tại Quảng Ngãi và các địa phương lân cận. Cán bộ
quản lý và kỹ thuật của nhà máy có thể nhận về từ các trường Đại học thuộc khu vực
Miền Trung. Mặt khác với mức độ đơ thị hố hiện nay thì lượng lao động vãn lai rất
Sinh viên thực hiện: Hồ Thị Bình

Giáo viên hướng dẫn: TS.Lê Lý Thuỳ Trâm

3


Thiết kế nhà máy sản xuất acid glutamic từ nguyên liệu rỉ đường với năng suất 1 tấn sản phẩm/ngày.

dồi dào. Từ đó có thể th nhân cơng với giá rẻ. Thị trường tiêu thụ được chọn là thị
trường cho cả nước.
1.9. Nguồn tiêu thụ sản phẩm.
Nguồn tiêu thụ cho sản phẩm ở đây chủ yếu hướng vào các công ty chế biến
dược phẩm, các công ty chế biến thức ăn gia súc, gia cầm và thuỷ hải sản, các công ty
chế biến thực phẩm, các công ty sản xuất mỹ phẩm vì đây là các cơng ty cần một
lượng acidglutamic để phục vụ cho việc sản xuất.
Kết luận: Tất cả các điều kiện trên là cở sở thuận lợi, có tính khả thi để xây

dựng nhà máy sản xuất acid glutamic tại khu công nghiệp Tịnh Phong thuộc huyện
Sơn Tịnh, tỉnh Quảng Ngãi.

Sinh viên thực hiện: Hồ Thị Bình

Giáo viên hướng dẫn: TS.Lê Lý Thuỳ Trâm

4


Thiết kế nhà máy sản xuất acid glutamic từ nguyên liệu rỉ đường với năng suất 1 tấn sản phẩm/ngày.

Chương 2 TỔNG QUAN TÀI LIỆU
2.1. Giới thiệu về acid glutamic
2.1.1. Lịch sử phát hiện
Lịch sử của acid glutamic đã có hơn 100 năm. Vào năm 1860 nhà khoa học
Ritthaussen ở Hamburg (Đức) xác định thành phần các protein động vật, đặc biệt là
thành phần các acid amin, trong đó có một acid amin với tên gọi là acid glutamic. Tiếp
theo Ritthaussen là Woff, nhà hoá học thuần tuý, xác định sự khác nhau của các acid
amin về trọng lượng phân tử và cấu trúc, hằng số về lý hố tính của chúng [2].
Lịch sử acid glutamic cắm mốc đầu tiên là ngày chàng thanh niên ở Tokyo có
tên Ikeda theo học tại Viện đại học Tokyo tốt nghiệp cử nhân hoá học năm 1889. Tốt
nghiệp xong Ikeda đi dạy tại trường trung học, rồi sang Đức tu nghiệp. May mắn sao
Ikeda được làm việc với Woff, tham gia nghiên cứu hoá học protein và đã học được
cách nhận biết, tách từng acid amin riêng rẽ [2].
Trở lại Nhật Bản, tại bữa ăn gia đình vợ ơng khi chế biến thức ăn thường cho
loại rong biển vào thì vị thức ăn đặc sắc hẳn lên, ngọt hơn và có vị thịt hấp dẫn. Tại
phịng thí nghiệm Ikeda tìm hiểu hoạt chất trong rong biển và từ đó ơng tách được acid
glutamic từ rong biển Laminaria Japonica [2].
Năm 1957, Kinosita đã phát hiện ra vi khuẩn Corynebacterium glutamicum có

khả năng sinh tổng hợp acid glutamic. Từ đó nhiều nhà máy sản xuất acid glutamic ra
đời.
2.1.2. Khái niệm.
Acid glutamic có cơng thức phân tử: C5H9NO4. Phân tử lượng là 147,13.
Là loại acid amin có chứa một nhóm amin và hai nhóm cacboxyl. Điều chế bằng
cách tổng hợp hoặc lên men glucid.
Trong cấu trúc của acid amin, ít nhất có một ngun tử cacbon bất đối, do đó
acid amin tồn tại ở hai dạng đồng phân quang học: dạng D và L. Cơ thể động vật và
thực vật chỉ có thể đồng hố được acid amin dạng L.
Acid glutamic là những tinh thể không màu.
Nhiệt độ nóng chảy là tnc =247 - 2490C.
Thăng hoa ở 2000C.
Độ quay cực riêng với tia D ở 22 - 310C.
Tan hồn tồn trong nước, khơng tan trong cồn, eter và một số dung mơi.
Acid L (+)-glutamic có vị ngọt của thịt, cịn acid (D)-glutamic khơng có vị đó.
Cơng thức hoá học của acid glutamic là:
Sinh viên thực hiện: Hồ Thị Bình

Giáo viên hướng dẫn: TS.Lê Lý Thuỳ Trâm

5


Thiết kế nhà máy sản xuất acid glutamic từ nguyên liệu rỉ đường với năng suất 1 tấn sản phẩm/ngày.

Hình 2.1. Cấu trúc phân tử acid glutamic
2.1.3. Vai trò của acid glutamic
Trong những năm gần đây, việc nghiên cứu để sản xuất acid glutamic được đẩy
mạnh nhất. Càng ngày ta càng sử dụng nhiều acid glutamic trong việc nâng cao sức
khỏe và điều trị một số bệnh của con người [2].

Acid glutamic rất cần cho sự sống, là acid amin thay thế và nhiều thí nghiệm
lâm sàng cho thấy nó là một loại acid amin đóng vai trị quan trọng trong quá trình trao
đổi chất của người và động vật, trong việc xây dựng protid, xây dựng các cấu tử của tế
bào [2].
Acid glutamic tham gia vào phản ứng chuyển amin, giúp cho cơ thể tiêu hóa
nhóm amin và tách NH3 ra khỏi cơ thể. Nó chiếm phần lớn thành phần protid và phần
xám của não, đóng vai trị quan trọng trong các biến đổi sinh hóa ở hệ thần kinh trung
ương, vì vậy trong y học cịn sử dụng acid glutamic trong trường hợp suy nhược hệ
thần kinh nặng, mỏi mệt, mất trí nhớ, sự đầu độc NH3 vào cơ thể, một số bệnh về tim,
bệnh teo bắp thịt,... [2].
Acid glutamic dùng làm thuốc chữa các bệnh thần kinh và tâm thần, bệnh chậm
phát triển trí óc ở trẻ em, bệnh bại liệt, bệnh hôn mê gan [2].
Acid glutamic còn dùng làm nguyên liệu khởi đầu cho việc tổng hợp một số hóa
chất quan trọng: N-Acetylglutamat là chất hoạt động bề mặt, vi sinh vật có thể phân
giải được, ít ăn da, được dùng rộng rãi trong công nghiệp mỹ phẩm, xà phòng và dầu
gội đầu. Acid oxopyrolidicarboxylic, một dẫn xuất khác của acid glutamic được dùng
làm chất giữ ẩm trong mỹ phẩm. Acetylglutamat được dùng trong xử lý ô nhiễm nước
biển do dầu hỏa và dầu thực vật gây nên [2].
Acid glutamic phân bố rộng rãi trong tự nhiên dưới dạng hợp chất và dạng tự
do, có trong thành phần cấu tạo của protein động thực vật. Trong mơ, acid glutamic
Sinh viên thực hiện: Hồ Thị Bình

Giáo viên hướng dẫn: TS.Lê Lý Thuỳ Trâm

6


Thiết kế nhà máy sản xuất acid glutamic từ nguyên liệu rỉ đường với năng suất 1 tấn sản phẩm/ngày.

tạo thành từ NH3 và acid a-ketoglutaric. Trong sinh vật đặc biệt là vi sinh vật, acid

glutamic được tổng hợp theo con đường lên men từ nhiều nguồn cacbon [2].

Hình 2.2. Hình ảnh về sản phẩm acid glutamic
2.2. Các yếu tố ảnh hưởng đến sự hình thành acid glutamic trong sản xuất công
nghiệp
2.2.1. Nguồn Cacbon:
Nguồn cacbon cung cấp chẳng những các đơn vị bộ khung cacbon của acid
glutamic mà còn cung cấp năng lượng cần thiết cho quá trình sinh tổng hợp của chúng.
Có bốn dạng nguồn cacbon đó là cacbon hydrat, cacbua hydro, cồn, và acid hữu cơ.
Cacbon hydrat được sử dụng rộng rãi nhất [2].
Mục đích cơng nghiệp: thường dùng đường glucoza thủy phân từ tinh bột,
xenluloza bằng acid hay enzim, rỉ đường mía và rỉ đường, củ cải đường [2].
Khi dùng giống thiên nhiên lên men rỉ đường cần thêm một số chất kháng biotin
như penicilin, acid béo no C14-C18 với liều lượng và thời gian thích hợp. Nếu dùng
giống đột biến không bị giới hạn bởi biotin thì điều hịa liều lượng các chất sinh trưởng
thứ hai đạt giá trị tối ưu cho từng giống tương ứng [2].
Nồng độ cơ chất ảnh hưởng rất lớn đến hiệu suất sinh tổng hợp L-acid glutamic
của giống: trong phạm vi từ 10 ÷ 21%, nồng độ glucoza càng cao, hiệu suất lên men Lacid glutamic càng thấp, hàm lượng L-acid glutamic nội bào càng cao, hoạt lực các
enzim cần cho oxy hóa glucoza và α-xetoglutaric decaboxylaza càng cao [2].
2.2.2. Nguồn nitơ:
Cung cấp nitơ cho quá trình lên men L-acid glutamic là quan trọng bởi vì nitơ
cần thiết cho việc tổng hợp protêin tế bào và chiếm tới 9,5% trọng lượng phân tử acid
Sinh viên thực hiện: Hồ Thị Bình

Giáo viên hướng dẫn: TS.Lê Lý Thuỳ Trâm

7


Thiết kế nhà máy sản xuất acid glutamic từ nguyên liệu rỉ đường với năng suất 1 tấn sản phẩm/ngày.

glutamic. Thường dùng các loại muối chứa NH4+ như NH4Cl, (NH4)2SO4…dĩ nhiên
lượng lớn ion NH4+ có trong mơi trường là cần thiết, nhưng lại khơng có lợi cho sự
phát triển của vi khuẩn cũng như việc tích lũy L-acid glutamic. Vì thế người ta để
nồng độ amoni thấp ở giai đoạn đầu và thêm dần về sau. Trong công nghiệp thường
dùng NH3 dưới dạng nước, khí hoặc urê. Khi dùng ure cần quan tâm đến nồng độ ban
đầu vì khả năng chịu đựng ure của mỗi giống mỗi khác [2].
2.2.3. Nguồn muối vô cơ khác:
Các ion vô cơ cần cho sinh trưởng và tích luỹ acid glutamic. Sự có mặt của các
ion sau đây là cần thiết: K+, Mg2+, Fe2+, Mn2+, PO43-, SO42-.
Liều lượng thường được dùng như sau:
K2HPO4: 0,05 ÷ 0,2%
FeSO4: 0,0005 ÷ 0,01%
KH2PO4: 0,05 ÷ 0,2%
MgSO4: 0,025 ÷ 0,1%

MnSO4: 0,0005 ÷ 0,005%

Trong đó Fe2+, K+, và đặc biệt Mn2+ là quan trọng nhất. K+ cần cho tích luỹ
nhiều hơn là cho sinh trưởng. Khi nghiên cứu tác dụng của Fe2+, Mn2+, FeCl3, acid
amin và một vài hợp chất đến sinh trưởng của M.Glutamicus, các nhà nghiên cứu đã
chỉ ra trong môi trường cơ bản, tác dụng của Fe2+ là khơng kim loại nào có thể thay thế
vai trị của nó. Một lượng nhỏ Mn2+ cạnh tranh với Fe2+ trong việc hỗ trợ vi khuẩn phát
triển. Lượng lớn Fe2+ vượt qua tác dụng cạnh tranh của Mn+2 hỗ trợ tích cực cho sinh
trưởng của các vi khuẩn. Nhờ phản ứng tạo phức càng cua với các chất có trong mơi
trường mà Fe+2 phát huy được tác dụng. Thêm hỗn hợp các acid amin và clorua sắt vào
mơi trường có lợi cho vi khuẩn phát triển. Nhưng khi nồng độ Fe+2 q cao và mơi
trường có L-AG, glucoza và acid hữu cơ của chu trình tricacboxylic thì L-AG sẽ bị B.
Flavum 2297 đồng hóa và tiêu hao dần. Hiện tượng tiêu hao L-AG còn được thúc đẩy
nhờ nồng độ biotin và MgSO4. Song nếu có mặt (NH4)2SO4 với nồng độ cao hiện

tượng tiêu hao L-AG sẽ bị ức chế [2].
2.2.4. Nguồn các chất điều hoà sinh trưởng
Chất điều hoà sinh trưởng bậc nhất trong môi trường lên men acid glutamic là
biotin. Để có hiệu suất lên men cao, nồng độ biotin phải nhỏ hơn nồng độ tối ưu cần
thiết cho sinh trưởng. Nồng độ biotin tối ưu cho lên men phân biệt rõ rệt cho từng loại
giống, nhưng nói chung khoảng từ 2 đến 5 µg/l mơi trường. Biotin quyết định sự tăng
trưởng tế bào, cấu trúc màng tế bào, cho phép thấm ra ngồi mơi trường hay khơng và
có vai trị quan trọng trong cơ chế oxy hố cơ chất tạo nên L- AG [2].
Biotin được cung cấp dưới dạng hoá chất tinh khiết hay nguyên liệu giàu biotin
như cao ngơ, rỉ đường củ cải, rỉ đường mía.
Sinh viên thực hiện: Hồ Thị Bình

Giáo viên hướng dẫn: TS.Lê Lý Thuỳ Trâm

8


Thiết kế nhà máy sản xuất acid glutamic từ nguyên liệu rỉ đường với năng suất 1 tấn sản phẩm/ngày.

Ngày nay người ta sản xuất ra chủng vi sinh vật khơng cịn phụ thuộc vào nồng
độ cao hay thấp của biotin sử dụng nữa.
2.2.5. Ảnh hưởng của pH
pH tối ưu cho sinh trưởng và tạo acid glutamic của vi khuẩn sinh acid glutamic
là trung tính hoặc kiềm, pH = 6,7 - 8. Khi dùng môi trường sacarit phải điều chỉnh pH
suốt q trình lên men vì mơi trường ln có xu hướng trở nên acid do sự hình thành
acid glutamic và các acid hữu cơ khác gây nên. Liên tục bổ sung NH4+ để thực hiện hai
chức năng cơ bản là điều chỉnh pH và cung cấp NH3 cho việc tổng hợp phân tử L-AG.
Nguồn NH4+ sử dụng phổ biến là ure, nước NH3, khí NH3, NH4Cl,.. [2].
2.2.6. Ảnh hưởng của nhiệt độ
Nhiệt độ thích hợp nhất cho q trình lên men là 26 – 370C, trong thực tế lên

men giai đoạn đầu ở 30 – 320C và giai đoạn cuối là 36 – 370C [2].
2.2.7. Ảnh hưởng của sự cung cấp oxy và khuấy trộn
Sự cung cấp oxy và khuấy trộn trong khi lên men có ý nghĩa vơ cùng quan
trọng. Nhằm hai mục đích: một là duy trì nồng độ oxy hoà tan ở mức trên giá trị tới
hạn, hai là khống chế nồng độ CO2 ảnh hưởng rất lớn tới sinh trưởng và tích luỹ acid
glutamic của vi khuẩn.
Lượng oxy cần cung cấp theo liều lượng 40-90 mg O2/1 lít mơi trường/ phút.
Trong sản xuất acid glutamic người ta thường tiến hành quá trình lên men theo
chu kỳ vì u cầu tuyệt đối vơ trùng của sản xuất [1,tr349].
2.3. Nguyên liệu sản xuất acid glutamic
2.3.1. Rỉ đường
2.3.1.1. Thành phần của rỉ đường mía
Rỉ đường mía là phần còn lại của dung dịch đường sau khi đã tách phần đường
kính kết tinh. Số lượng và chất lượng của rỉ đường phụ thuộc vào giống mía, điều kiện
trồng trọt, hồn cảnh địa lý và trình độ kỹ thuật chế biến của nhà máy đường [2].
Thành phần chính của rỉ đường là: đường 62%, các chất phi đường 10%, nước
20% [2].
+ Nước trong rỉ đường phần lớn ở trạng thái tự do và một số ít ở trạng thái liên
kết dưới dạng hydrat.
+ Đường trong rỉ đường bao gồm: 25 ÷ 40% sacaroza, 15 ÷ 25% đường khử
(glucoza và fructoza), 3 ÷ 5% đường khơng lên men được.
Ở đây do nhiều lần pha lỗng và cơ đặc, một lượng nhất định sacaroza bị biến
thành hợp chất tương tự như dextrin do tác dụng của nhiệt. Chất này có tính khử
nhưng khơng lên men được và khơng có khả năng kết tinh [2].
Sinh viên thực hiện: Hồ Thị Bình

Giáo viên hướng dẫn: TS.Lê Lý Thuỳ Trâm

9

Thiết kế nhà máy sản xuất acid glutamic từ nguyên liệu rỉ đường với năng suất 1 tấn sản phẩm/ngày.

Đường khử bắt nguồn từ sự thuỷ phân
sacaroza trong chế biến đường. Sự phân giải
sacaroza thành glucoza và fructoza vừa là sự
mất
mát sacaroza và kém chất lượng vì glucoza và
fructoza sẽ biến thành acid hữu cơ và hợp
chất màu dưới điều kiện thích hợp. Trong mơi
trường kiềm, fructoza có thể biến thành acid
lactic, fufurol, oxymetyl, trioxyglutaric,
acetic, formic, CO2. Đường khử còn có tác
dụng với acid amin, peptit bậc thấp của dung
dịch đường để tạo nên hợp chất màu. Tốc độ tạo
melanoidin phụ thuộc vào pH rỉ đường rất thấp

Hình 2.3. Rỉ đường

ở pH=4,9 và cao ở pH=9.
Trong rỉ đường cịn có trisacarit hay polysacarit. Trisacarit gồm 1 mol glucoza
và 2 mol fructoza. Polysacarit gồm dextran và levan. Những loại đường này khơng có
trong nước mía và được các vi sinh vật tạo nên trong quá trình chế biến đường.
Các chất phi đường gồm có các chất hữu cơ và vơ cơ. Các chất hữu cơ chứa nito
của rỉ đường mía chủ yếu là các acid amin cùng với một lượng rất nhỏ protein và sản
phẩm phân giải của nó. Các acid amin từ nước mía dễ dàng đi vào rỉ đường vì phần
lớn chúng rất dễ hồ tan trong nước trừ tiroxin và xistin.
Hợp chất phi đường không chứa nitơ gồm: pectin, araban, galactan, và sản phẩm
thuỷ phân của chúng.
Các chất màu của rỉ đường bao gồm các chất caramen, melanoit, melanin và

phức phenol- Fe2+. Cường độ màu tăng 3 lần khi nhiệt độ tăng thêm 100C. Độ màu
tăng có nguồn gốc sâu xa từ sự biến đổi của sacaroza. Có thể chia các hợp chất màu
thành nhiều nhóm:
2.3.1.2. Thành phần các chất sinh trưởng
Rỉ đường có chứa nhiều nguyên tố khác với lượng cực kì nhỏ có thể tính bằng
mg/kg như: Fe 115(mg/kg), Zn 34, Mn 18, Cu $4,9, B 3, Co 0,59, Mo 0,2.
Rỉ đường mía rất giàu các chất sinh trưởng như acid pantotenic, nicotinic, folic,
B1, B2 và đặc biệt là biotin.
2.3.1.3.Ưu điểm
* Mật rỉ là nguyên liệu rẻ tiền và rất dễ kiếm.
* Trong mật rỉ có chứa đủ lượng đường cần thiết cho quá trình lên men.
Sinh viên thực hiện: Hồ Thị Bình

Giáo viên hướng dẫn: TS.Lê Lý Thuỳ Trâm

10


Thiết kế nhà máy sản xuất acid glutamic từ nguyên liệu rỉ đường với năng suất 1 tấn sản phẩm/ngày.

* Mật rỉ có hàm lượng biotin rất cao. Hàm lượng biotin thích hợp cho q trình
lên men acid glutamic là 2-5g/ lít mơi trường. Lưu ý rằng nếu hàm lượng biotin quá
cao, sự tạo thành alanin, acid lactic, aspartic sẽ rất nhiều, ảnh hường đến hiệu suất acid
glutamic [1, tr348].
2.4. Các phương pháp sản xuất acid glutamic
2.4.1. Các phương pháp sản xuất acid amin
a) Phương pháp thuỷ phân
Người ta dùng acid hoặc kiềm để thuỷ phân các nguyên liệu chứa nhiều protein.
Các phương pháp này hiện nay vẫn đang được sử dụng rộng rãi. Tuy nhiên, các
phương pháp này có những nhược điểm là [1, tr342]:

* Cần thiết bị chịu acid hay chịu kiềm.
* Trong trường hợp sử dụng kiềm để thuỷ phân sẽ tạo ra nhiều acid amin dạng
D.
* Trong trường hợp sử dụng acid để thuỷ phân sẽ tạo ra ơ nhiễm mơi trường
khơng khí do lượng acid dư bay hơi trong quá trình thuỷ phân.
* Giá thành thường cao.
b) Phương pháp tổng hợp hoá học
Đây cũng là phương pháp được áp dụng nhiều vào trong thực tế. Tuy nhiên,
phương pháp này lại cho ra những acid amin raxemic ( hỗn hợp acid amin dạng D và
dạng L). Việc tách hai loại acid amin này ra rất tốn kém [1,tr343].
c) Phương pháp kết hợp
Người ta kết hợp phương pháp hoá học và phương pháp sinh học. bằng con
đường hoá học, người ta thu nhận hợp chất dạng L- Keto và các tiền chất của acid
amin. Sau đó người ta sử dụng vi sinh vật để chuyển hoá những chất này thành acid
amin [1, tr343].
d) Phương pháp tổng hợp acid amin bằng công nghệ vi sinh vật
Nhờ khả năng sinh tổng hợp thừa một số loại acid amin của một số lồi vi sinh
vật, người ta tiến hành ni cấy vi sinh vật để thu nhận các acid amin. Phương pháp
này có rất nhiều ưu điểm. Những ưu điểm đó như sau [1,tr 343]:
* Phương pháp này cho phép ta thu nhận acid amin dạng L.
* Nguyên liệu để sản xuất rẻ, dễ kiếm.
* Tốc độ trao đổi chất, tốc độ sinh sản và phát triển mạnh của vi sinh vật cho
phép ta được năng suất cao.
* Giá thành sản phẩm thấp hơn giá thành sản phẩm từ những phương pháp khác
[1,tr343].
Sinh viên thực hiện: Hồ Thị Bình

Giáo viên hướng dẫn: TS.Lê Lý Thuỳ Trâm

11

Thiết kế nhà máy sản xuất acid glutamic từ nguyên liệu rỉ đường với năng suất 1 tấn sản phẩm/ngày.

2.4.2. Phương pháp sản xuất acid glutamic
Trước đây, vào những năm đầu của thế kỷ XIX, người ta sử dụng phương pháp
thuỷ phân protein để thu nhận acid glutamic. Nguyên liệu thường được dùng trong sản
xuất acid glutamic là bột mì. Khi thuỷ phân bằng acid, người ta thu được hỗn hợp các
acid amin, trong đó có chứa nhiều acid glutamic. Bằng phương pháp hoá lý, người ta
tách các acid glutamic ra khỏi hỗn hợp này [1,tr344].
Phương pháp hoá học được ứng dụng rất rộng rãi trong một thời gian dài ở các
nước Châu Âu. Sau này, các nhà khoa học cho thấy có nhiều vi sinh vật có khả năng
sinh tổng hợp acid glutamic, và mãi đễn năm 1957, Nhật là nước đầu tiên trên thế giới
sản xuất acid glutamic theo quy mơ cơng nghiệp. Từ đó đến nay, sản xuất acid
gltutamic bằng phương pháp lên men được phát triển rộng rãi trong nhiều nước trên
thế giới. Phương pháp lên men đã giải quyết được hàng loạt những nhược điểm của
phương pháp hố học, do đó giá thành đã giảm đi rất nhiều [1,tr344].
2.4.3. Sản xuất acid glutamic bằng phương pháp lên men
2.4.3.1. Vi sinh vật tham gia tổng hợp acid glutamic
Các nhà khoa học đã tìm ra rất nhiều vi khuẩn có khả năng sinh tổng hợp acid
glutamic, trong đó đáng chú ý nhất là các chủng vi khuẩn sau [1,tr345]:
*Các chủng thuộc Bacillus
* Các chủng thuộc Micrococcus
* Các chủng thuộc Brevibacterium
* Các giống thuộc Corynebacterium
Trong sản xuất acid glutamic hiện nay, người ta sử dụng chủ yếu các chủng loại
vi sinh vật sau [1,tr345]:
*Corynebacterium glutamicum
* Brevibacterium flavum
* Brevibacterium divaricatum

Tuy nhiên chủ yếu người ta vẫn dùng chủng Corynebacterium glutamicum- loại
vi khuẩn được nhà vi sinh vật Nhật Bản Kinosita phát hiện từ năm 1956, có khả năng
lên men từ tinh bột, ngơ, khoai, khoai mì để tạo acid glutamic. Giống vi khuẩn thuần
khiết này được lấy từ ống thạch nghiêng tại cơ sơ 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.

Sinh viên thực hiện: Hồ Thị Bình

Giáo viên hướng dẫn: TS.Lê Lý Thuỳ Trâm

12


Thiết kế nhà máy sản xuất acid glutamic từ nguyên liệu rỉ đường với năng suất 1 tấn sản phẩm/ngày.

Hình 2.4. Corynebacterium glutamicum
Tất cả các loài vi sinh vật này đều có một số đặc điểm sau:
+ Hình dạng tế bào từ hình cầu đến hình que ngắn
+ Vi khuẩn Gram (+)
+ Hơ hấp hiếu khí
+ Khơng tạo bào tử
+ Khơng chuyển động được, khơng có tiêm mao.
+ Biotin là yếu tố cần thiết cho sinh trưởng và phát triển.
+ Tích tụ một lượng lớn glutamic từ hydrat cacbon và NH4+ trong mơi trường có
sục khơng khí.
2.4.3.2. Sinh tổng hợp thừa acid glutamic ở vi khuẩn
Trong quá trình sinh tổng hợp acid glutamic, người ta thấy có nhiều điểm rất
đặc biệt không giống con đường khử amin thông thường. Những điểm quan trọng đó

như sau [1,tr346]:
* Vi khuẩn thiếu enzyme α-xetoglutaradehydrogenase
* Q trình amin hố hoặc khử amin α-xetogkutarat nhờ hoạt tính cao của
enzyme glutamatdehydrogenase đặc biệt với NAD-H2 : loại enzyme này nhận NADH2 từ một phản ứng của izohydrat dehydrogenase cũng tham gia chuyển hoá với NADP. Trong q trình oxy hố khử, NAD-P cần thiết cho sự loại hydro của izoxitrat sẽ
được tái tạo.
* Người ta tìm thấy enzyme photphoenol- piruvat- cacbocylase và malasintetase
trong tế bào vi khuẩn. Các enzyme này tham gia vào các quá trình cacboxyl hoá
piruvat và photphoenol- piruvat.
* Trong trường hợp thiếu biotin, tính thấm của màng tế bào sẽ thay đổi dưới tác
động của peniciline và acid béo. Ở đây có hai trường hợp xảy ra:
Thứ nhất: tính thấm của màng tế bào không bị thay đổi sẽ dẫn đến hạn chế sự
thốt acid amin ra ngồi mơi trường thơng qua màng tế bào. Khi đó sự tổng hợp thừa
Sinh viên thực hiện: Hồ Thị Bình

Giáo viên hướng dẫn: TS.Lê Lý Thuỳ Trâm

13


Thiết kế nhà máy sản xuất acid glutamic từ nguyên liệu rỉ đường với năng suất 1 tấn sản phẩm/ngày.

xảy ra trong tế bào và acid amin sẽ tồn đọng lại trong tế bào. Trong trường hợp này,
các acid glutamic sẽ ức chế enzyme glutamate- dehydrogenase, sự tạo thành acid
glutamic trong những phản ứng tiếp theo sẽ giảm nhanh chóng.
Thứ hai: nếu màng bán thấm của tế bào bị thay đổi, acid glutamic sẽ được thốt
ra ngồi qua màng bán thấm, khi đó lượng acid glutamic trong tế bào ít sẽ khơng có
khả năng ức chế các enzyme tổng hợp ra chúng. Như vậy, enzyme luôn luôn hoạt động
và acid amin sẽ được tạo ra dư thừa so với nhu cầu của tế bào.
Sự thay đổi màng bán thấm có liên quan rất nhiều với sự tạo thành acid béo ở
màng. Sự tạo thành acid béo lại lệ thuộc rất nhiều ở hàm lượng biotin có trong mơi

trường. Do đó việc nghiên cứu nồng độ biotin thích hợp là điều rất quan trọng.
Nguyên nhân khác có liên quan đến sự tạo thành acid glutamic thừa là sự biến
đổi di truyền. Những biến đổi gen trong cấu trúc AND có tính quyết định đến sự tạo
thành acid glutamic thừa. Bằng phương pháp gây đột biến hay biến đổi gen, người ta
tạo ra những chủng vi khuẩn sinh tổng hợp acid glutamic rất cao và có khả năng tích
luỹ trong mơi trường đến 120 g/l.

Hình 2.5. Con đường sinh tổng hợp thừa acid glutamic
2.4.3.3. Các phương pháp lên men
Hiện nay trên thế giới, người ta sản xuất acid glutamic theo hai phương pháp
[1,tr 347 - 348]:
a) Phương pháp thứ nhất: là phương pháp lên men hai giai đoạn.
Trước năm 1964 xuất hiện rất nhiều cơng trình nghiên cứu về khả năng chuyển
hố acid α-xetoglutanic thành acid glutamic nhờ enzyme aminotransferase. Trong
Sinh viên thực hiện: Hồ Thị Bình

Giáo viên hướng dẫn: TS.Lê Lý Thuỳ Trâm

14