Thiết kế nhà máy sản xuất enzyme cellulase bằng phương pháp lên men bề mặt với năng suất 1000 tấn sản phẩmnăm

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 ENZYME CELLULASE
BẰNG PHƯƠNG PHÁP LÊN MEN BỀ MẶT VỚI NĂNG SUẤT
1000 TẤN SẢN PHẨM/NĂM

Người hướng dẫn: TS. ĐẶNG ĐỨC LONG
Sinh viên thực hiện: NGÔ ĐỖ THỊ ÁNH NGUYỆT
Số thẻ sinh viên: 107120263
Lớp: 12SH

Đà Nẵng, 5/2017


TÓM TẮT
Tên đề tài: Thiết kế nhà máy sản xuất enzyme cellulase bằng phương pháp lên
men bề mặt với năng suất 1000 tấn sản phẩm/năm.
Sinh viên thực hiện: Ngô Đỗ Thị Ánh Nguyệt.
Số thẻ sinh viên: 107120263.
Lớp: 12SH.
Enzyme cellulase là một phức hệ enzyme phân hủy cellulose bằng việc thủy phân
liên kết β – 1,4 – glucoside trong cellulose để tạo thành glucose làm nguyên liệu cho
công nghiệp lên men. Với nhiều ứng dụng rộng rãi trong các lĩnh vực thực phẩm, công
nghệ sản xuất giấy và bột giấy, sản xuất thức ăn chăn nuôi và bảo vệ môi trường, … nhu
cần sử dụng enzyme cellulase ngày càng tăng cao. Việt Nam là một nước nông nghiệp
với nguồn phế phẩm sau quá trình canh tác dồi dào, là điều kiện rất thuận lợi để sản xuất

enzyme cellulase. Xuất phát từ thực tế trên tôi đã thực hiện đồ án tốt nghiệp với đề tài
“Thiết kế nhà máy sản xuất enzyme cellulase bằng phương pháp lên men bề mặt với
năng suất 1000 tấn sản phẩm/năm”.
Nội dung đồ án tốt nghiệp gồm hai phần:
➢ Phần thuyết minh: Gồm 10 chương
- Chương 1: Lập luận kinh tế - kỹ thuật
- Chương 2: Tổng quan tài liệu
- Chương 3: Chọn và thuyết minh dây chuyền cơng nghệ
- Chương 4: Tính cân bằng vật chất
- Chương 5: Tính và chọn thiết bị
- Chương 6: Tính tổ chức
- Chương 7: Tính xây dựng
- Chương 8: Tính nhiệt – hơi – nước
- Chương 9: An toàn lao động và vệ sinh xí nghiệp
- Chương 10: Kiểm tra chất lượng sản phẩm
➢ Phần bản vẽ: Gồm 5 bản vẽ
- Bản vẽ số 1: Sơ đồ dây chuyền công nghệ
- Bản vẽ số 2: Bản vẽ mặt bằng phân xưởng sản xuất chính

(A0)
(A0)

- Bản vẽ số 3: Bản vẽ mặt cắt phân xưởng sản xuất chính
(A0)
- Bản vẽ số 4: Sơ đồ hơi- nước của phân xưởng sản xuất chính (A0)
- Bản vẽ số 5: Bản vẽ tổng bình đồ nhà máy
(A0)
Sau thời gian thực hiện đề tài đã giúp tôi ôn lại, nắm vững hơn những kiến thức
đã học, đồng thời thu thập được những kiến thức và kỹ năng cần thiết cho công việc của
một kỹ sư sau này.

LỜI CẢM ƠN
Trải qua 5 năm học tập trên giảng đường đại học, được sự tận tình dạy bảo của
các thầy cô giáo, đặc biệt là các thầy cô trong khoa Hố, trường Đại Học Bách Khoa Đà
Nẵng, tơi đã tích luỹ được rất nhiều kiến thức bổ ích. Và đến nay, để củng cố và vận
dụng tốt các kiến thức đã học, tôi được giao thực hiện đề tài tốt nghiệp với nhiệm vụ
thiết kế nhà máy sản xuất enzyme cellulase bằng phương pháp lên men bề mặt với năng
suất 1000 tấn sản phẩm/năm.
Quá trình làm đồ án đã giúp tôi phần nào nắm kĩ hơn những kiến thức về enzyme
cellulase và cách bố trí thiết bị trong phân xưởng, cách bố trí mặt bằng cũng như cách
tính tốn, lựa chọn phương án lắp đặt, thiết kế nhà máy một cách kinh tế nhất.
Tuy nhiên, do kiến thức bản thân, sự am hiểu về thực tế còn hạn chế nên đồ án
cịn nhiều thiếu sót, tơi rất mong nhận được sự góp ý của thầy cơ và các bạn.
Cuối cùng tôi xin được cảm ơn đến thầy Đặng Đức Long đã tận tình hướng dẫn
tơi trong suốt q trình thực hiện đề tài. Tôi xin chân thành cảm ơn các quý thầy cô đã
dạy bảo tôi trong suốt chặng đường đại học. Cảm ơn sự quan tâm động viên của gia đình
và bạn bè đã giúp tơi vượt qua những khó khăn để hồn thành tốt đề tài tốt nghiệp.
Một lần nữa tôi xin chân thành cảm ơn!

i


CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan đồ án tốt nghiệp này là của riêng tơi dựa trên sự nghiên cứu,
tìm hiểu từ các số liệu thực tế và được thực hiện theo đúng sự chỉ dẫn của giáo viên
hướng dẫn. Mọi sự tham khảo sử dụng trong đồ án đều được trích dẫn từ các nguồn tài
liệu nằm trong danh mục tài liệu tham khảo.

Người cam đoan

Ký tên

Ngô Đỗ Thị Ánh Nguyệt

ii


MỤC LỤC

NHẬN XÉT CỦA NGƯỜI HƯỚNG DẪN ..............................................................
NHẬN XÉT CỦA NGƯỜI PHẢN BIỆN .................................................................
TÓM TẮT ...................................................................................................................
LỜI CẢM ƠN ............................................................................................................ i
CAM ĐOAN .............................................................................................................. ii
MỤC LỤC ................................................................................................................ iii
DANH MỤC HÌNH ẢNH ....................................................................................... ix
DANH MỤC BẢNG BIỂU ...................................................................................... x
MỞ ĐẦU .................................................................................................................... 1
CHƯƠNG 1: LẬP LUẬN KINH TẾ - KỸ THUẬT ............................................. 2
1.1 Sự cần thiết phải đầu tư .................................................................................... 2
1.2 Đặc điểm tự nhiên và vị trí xây dựng ............................................................... 2
1.3 Giao thơng vận tải ............................................................................................ 2
1.4 Vùng nguyên liệu ............................................................................................. 3
1.5 Hợp tác hóa ....................................................................................................... 3
1.6 Nguồn cung cấp nhiên liệu ............................................................................... 3
1.7 Nguồn cung cấp nước và vấn đề xử lý nước thải ............................................. 3
1.8 Vấn đề tiêu thụ.................................................................................................. 3
CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN TÀI LIỆU ................................................................. 4
2.1 Tổng quan về enzyme cellulase ........................................................................ 4
2.1.1 Khái niệm về enzyme ................................................................................ 4

2.1.2 Định nghĩa enzyme cellulase ..................................................................... 4
2.1.3 Tính chất và cơ chế hoạt động của enzyme cellulase ................................ 4
2.1.4 Ứng dụng của enzyme cellucase ............................................................... 6
2.1.5 Tình hình sản xuất enzyme cellulase ......................................................... 9
2.2 Vi sinh vật sinh tổng hợp enzyme cellulase ................................................... 11

iii


2.2.1 Vi khuẩn: ................................................................................................. 11
2.2.2 Xạ khuẩn: ................................................................................................ 11
2.2.3 Nấm sợi: .................................................................................................. 12
2.3 Phương pháp sản xuất enzyme cellulase ........................................................ 14
2.3.1 Phương pháp ni cấy chìm .................................................................... 14
2.3.2 Phương pháp lên men bề mặt .................................................................. 14
2.4 Thành phần môi trường nuôi cấy VSV .......................................................... 15
2.4.1 Nguồn carbon .......................................................................................... 15
2.4.2 Nguồn Nitơ .............................................................................................. 16
2.4.3 Nguồn khống chất.................................................................................. 16
2.4.4 Chất kích thích sinh trưởng ..................................................................... 16
2.4.5 Một số lưu ý trong quá trình sinh tổng hợp enzyme cellulase ................ 16
2.5 Giới thiệu về nguyên liệu rơm rạ khô ............................................................ 17
2.5.1 Đặc điểm: ................................................................................................ 17
2.5.2 Lượng cung cấp và giá cả........................................................................ 17
CHƯƠNG 3: CHỌN VÀ THUYẾT MINH DÂY CHUYỀN CÔNG NGHỆ ... 19
3.1 Chọn dây chuyền công nghệ .......................................................................... 19
3.2 Sơ đồ dây chuyền công nghệ .......................................................................... 20
3.3 Thuyết minh dây chuyền công nghệ .............................................................. 21
3.3.1 Nguyên liệu ............................................................................................. 21
3.3.2 Phối trộn .................................................................................................. 22

3.3.3 Thanh trùng ............................................................................................. 22
3.3.4 Làm nguội ............................................................................................... 23
3.3.5 Nhân giống .............................................................................................. 23
3.3.6 Cấy giống ................................................................................................ 24
3.3.7 Nuôi cấy .................................................................................................. 24
3.3.8 Thu nhận canh trường sau nuôi cấy ........................................................ 26
3.3.9 Nghiền ..................................................................................................... 26
3.3.10 Trích ly .................................................................................................. 26
iv


3.3.11 Cơ đặc .................................................................................................... 26
3.3.12 Đóng chai............................................................................................... 27
CHƯƠNG 4: TÍNH CÂN BẰNG VẬT CHẤT .................................................... 28
4.1 Lập kế hoạch sản xuất .................................................................................... 28
4.2 Thơng số ban đầu............................................................................................ 28
4.3 Tính tốn hao hụt ............................................................................................ 29
4.4 Tính cân bằng vật chất .................................................................................... 30
4.4.1 Dây chuyền sản xuất chế phẩm enzyme .................................................. 31
4.4.2 Các công đoạn chuẩn bị nguyên liệu cho phối trộn ................................ 39
4.4.3 Nhân giống các cấp ................................................................................. 43
4.4.4 Tính lượng nước cần dùng cho quá trình sản xuất .................................. 46
CHƯƠNG 5: TÍNH VÀ CHỌN THIẾT BỊ.......................................................... 49
5.1 Cơng thức tính số thiết bị ............................................................................... 49
5.2 Tính thiết bị .................................................................................................... 49
5.2.1 Thiết bị làm sạch rơm rạ .......................................................................... 49
5.2.2 Thiết bị băm cắt rơm ............................................................................... 50
5.2.3 Thiết bị nghiền ngô.................................................................................. 51
5.2.4 Thiết bị làm sạch vỏ trấu ......................................................................... 52
5.2.5 Thiết bị định lượng nguyên liệu .............................................................. 53

5.2.6 Thiết bị phối trộn ..................................................................................... 54
5.2.7 Thiết bị tiệt trùng ..................................................................................... 55
5.2.8 Thiết bị làm nguội ................................................................................... 56
5.2.9 Thiết bị cấy giống nuôi cấy ..................................................................... 57
5.2.10 Thùng phối trộn giống sản xuất ............................................................. 58
5.2.11 Thiết bị thanh trùng khay ...................................................................... 59
5.2.12 Thiết bị định lượng vào khay ................................................................ 60
5.2.13 Thiết bị nuôi cấy .................................................................................... 60
5.2.14 Thiết bị nghiền bi FL600 ....................................................................... 62
5.2.15 Thiết bị trích ly ...................................................................................... 62
v


5.2.16 Thiết bị cơ đặc ....................................................................................... 63
5.2.17 Thiết bị đóng chai .................................................................................. 65
5.2.18 Thiết bị nhân giống ............................................................................... 66
5.2.19 Thiết bị nhân giống sản xuất ................................................................. 69
5.2.20 Tính bunke............................................................................................. 70
5.2.21 Tính thùng chứa .................................................................................... 73
5.2.22 Tính gàu tải............................................................................................ 76
5.2.23 Vít tải ..................................................................................................... 80
5.2.24 Băng tải: ................................................................................................ 81
5.2.25 Bơm ly tâm ............................................................................................ 81
CHƯƠNG 6: TÍNH TỔ CHỨC ............................................................................ 85
6.1 Sơ đồ tổ chức của nhà máy ............................................................................ 86
6.2 Tổ chức lao động của nhà máy....................................................................... 86
6.2.1 Tính nhân lực lao động............................................................................ 86
6.2.2 Nhân lực nhà máy ................................................................................... 87
CHƯƠNG 7: TÍNH XÂY DỰNG ......................................................................... 89
7.1 Phân xưởng sản xuất chính ............................................................................ 89

7.2 Kho nguyên liệu ............................................................................................. 89
7.3 Kho chứa thành phẩm..................................................................................... 90
7.4 Kho chứa khay................................................................................................ 90
7.5. Phòng nhân giống .......................................................................................... 90
7.6 Phòng điều hòa ............................................................................................... 91
7.7 Phòng KCS ..................................................................................................... 91
7.8 Trạm biến áp................................................................................................... 91
7.9 Trạm bơm: ...................................................................................................... 91
7.10 Nhà hành chính: ........................................................................................... 91
7.11 Xưởng cơ điện: ............................................................................................. 92
7.12 Gara Ơ tơ: ..................................................................................................... 92
7.13 Nhà để xe máy cho cán bộ nhân viên:.......................................................... 92
vi


7.14 Nhà ăn ........................................................................................................... 93
7.15 Nhà vệ sinh ................................................................................................... 93
7.16 Đài chứa nước............................................................................................... 93
7.17 Khu xử lý nước: ............................................................................................ 93
7.18 Khu xử lý nước thải: ..................................................................................... 93
7.19 Khu xử lý chất thải rắn: ................................................................................ 93
7.20 Phân xưởng lò hơi: ....................................................................................... 93
7.21 Nhà bảo vệ: ................................................................................................... 94
7.22 Trạm phát điện dự phòng: ............................................................................ 94
7.23 Kho vật tư thiết bị: ........................................................................................ 94
7.24 Khu đất mở rộng: .......................................................................................... 94
7.25 Quy chuẩn bố trí mặt bằng nhà máy ............................................................. 94
CHƯƠNG 8: TÍNH NHIỆT – HƠI – NƯỚC ...................................................... 97
8.1 Tính nhiệt hơi ................................................................................................. 97
8.1.1 Cơng đoạn tiệt trùng ................................................................................ 99

8.1.2 Tính nhiệt hơi dùng trong trích ly ......................................................... 103
8.1.3 Lượng nhiệt hơi trong quá trình cơ đặc ................................................. 107
8.1.4 Cơng đoạn thanh trùng khay ................................................................. 108
8.1.6 Tổng lượng hơi dùng trong nhà máy ..................................................... 108
8.2 Tính nước...................................................................................................... 109
8.2.1 Nước dùng cho sản xuất ........................................................................ 109
8.2.2 Nước sử dụng phục vụ cho việc sản xuất .............................................. 110
8.2.3 Nước cần cho sinh hoạt ......................................................................... 110
CHƯƠNG 9: AN TỒN LAO ĐỘNG VÀ VỆ SINH XÍ NGHIỆP ................. 112
9.1 An toàn lao động .......................................................................................... 112
9.1.1 Tai nạn lao động và các nhóm yếu tố nguy hiểm trong sản xuất .......... 112
9.1.2 Các biện pháp dự phòng đảm bảo an tồn............................................. 112
9.1.3 An tồn lao động trong cơng nghiệp vi sinh ......................................... 113
9.1.4 Trạm nén khí: ........................................................................................ 113
vii


9.1.5 Máy lọc để làm sạch khơng khí và thu hồi bụi: .................................... 114
9.1.6 Máy sấy, nghiền: ................................................................................... 114
9.1.7 An toàn thiết bị vận chuyển: ................................................................. 114
9.1.8 Kỹ thuật an tồn khi ni cấy trên mơi trường rắn: .............................. 115
9.2 Bảo vệ mơi trường:....................................................................................... 115
9.2.1 Làm sạch khơng khí: ............................................................................. 116
9.2.2 Làm sạch nước thải: .............................................................................. 116
CHƯƠNG 10: KIỂM TRA CHẤT LƯỢNG SẢN PHẨM ............................... 117
10.1 Kiểm tra nguyên liệu sau công đoạn xử lý nguyên liệu ............................. 117
10.2 Kiểm tra các thơng số của q trình ni cấy ............................................ 117
10.3 Kiểm tra hiệu suất của cơng đoạn trích ly .................................................. 117
10.4 Kiểm tra chất lượng enzyme cellulase ....................................................... 117
10.4.1 Nguyên tắc........................................................................................... 117

10.4.2 Cách tiến hành ..................................................................................... 117
10.4.3 Tính hoạt độ enzyme ........................................................................... 119
KẾT LUẬN ........................................................................................................... 120
TÀI LIỆU THAM KHẢO ................................................................................... 121

viii


DANH MỤC HÌNH ẢNH
Hình 2.1 Cơ chế tác động phân giải của tổ hợp enzyme cellulase. ............................ 6
Hình 2.2 Cấu trúc nấm sợi Asp.niger ...................................................................... 12
Hình 2.3 Khuẩn lạc của Asp. Niger trên mơi trường ni cấy ............................... 13
Hình 3.1 Sơ đồ dây chuyền công nghệ sản xuất enzyme cellulase từ Asp.niger .... 20
Hình 3.2 Sơ đồ q trình cơ đặc .............................................................................. 27
Hình 5.1 Sơ đồ cấu tạo thiết bị làm sạch dạng sàng lắc ........................................... 49
Hình 5.2 Thiết bị làm sạch dạng lắc kiểu PSC30 .................................................... 50
Hình 5.3 Thiết bị băm cắt rơm ................................................................................ 51
Hình 5.4 Thiết bị nghiền bi FL600 .......................................................................... 52
Hình 5.5 Thiết bị tách trấu HA-25B ........................................................................ 52
Hình 5.6 Thiết bị cân băng định lượng DEL/DEM ................................................. 53
Hình 5.7 Thiết bị trộn ngun liệu chăn ni Sumo 5,5 Kw .................................. 54
Hình 5.8 Thiết bị tiệt trùng dạng nằm ngang .......................................................... 56
Hình 5.9 Thiết bị làm nguội .................................................................................... 57
Hình 5.10 Thiết bị trộn 2 vít nghiêng VSH-A ........................................................ 58
Hình 5.11 Thiết bị cấy giống ................................................................................... 58
Hình 5.12 Thiết bị thanh trùng khay ...................................................................... 60
Hình 5.13 Thiết bị định lượng Acrison Model 270 ................................................ 60
Hình 5.4 Thiết bị nghiền bi FL600 ......................................................................... 62
Hình 5.16 Thiết bị trích ly hoạt động liên tục dạng roto ........................................ 63
Hình 5.17 Thiết bị cơ đặc tuần hồn ngồi 2 cấp SJN2 ......................................... 64

Hình 5.18 Chai HDPE 1000ml. ................................................................................ 65
Hình 5.19 Máy chiết rót đóng chai tự động 3 trong 1 .............................................. 66
Hình 5.20 Thiết bị nhân giống .................................................................................. 67
Hình 5.21 Bunke chứa. ............................................................................................. 70
Hình 5.22 Thùng chứa ............................................................................................. 73
Hình 5.23 Gàu tải ..................................................................................................... 77
ix


Hình 5.24 Bơm cơng nghiệp Pentax CM32/160C ................................................. 82
Hình 5.25 Bơm dân dụng Ebara CMA 0,5M ......................................................... 82
Hình 6.1 Sơ đồ tổ chức nhà máy ............................................................................. 86

DANH MỤC BẢNG BIỂU
Bảng 2.1 Các thành phần hóa học chính trong cây rơm .......................................... 17
Bảng 3.1 Thành phần môi trường thạch Czapek ...................................................... 23
Bảng 4.1 Các ngày nghỉ lễ, nghĩ tết theo quy định của nhà nước ............................ 28
Bảng 4.2 Kế hoạch sản xuất theo tháng ................................................................... 28
Bảng 4.3 Tỷ lệ hao hụt vận chuyển qua các công đoạn ........................................... 29
Bảng 4.4 Thành phần các nguyên liệu chính ........................................................... 39
Bảng 4.5 Thành phần các chất vi lượng ................................................................... 39
Bảng 4.6 Bảng tính cân bằng vật chất ...................................................................... 46
Bảng 4.7 Nhu cầu nguyên liệu để nhân giống cấp I................................................. 47
Bảng 4.8 Nhu cầu nguyên liệu để nhân giống cấp II. .............................................. 47
Bảng 4.9 Lượng nước cần dùng cho quá trình sản xuất. .......................................... 48
Bảng 5.1 Bảng tổng kết các thiết bị chính................................................................ 83
Bảng 5.2 Bảng tổng kết bunke và thùng chứa.......................................................... 85
Bảng 5.3 Bảng tổng kết thiết bị vận chuyển ............................................................ 85
Bảng 6.1 Kế hoạch làm việc của nhân viên năm 2017. ........................................... 86
Bảng 6.2 Nhân lực lao động hành chính. ................................................................. 87

Bảng 6.3 Nhân lực lao động trực tiếp. ..................................................................... 87
Bảng 7.1 Bảng tổng kết các hạng mục cơng trình trong nhà máy. .......................... 94
Bảng 8.1. Bảng tổng kết lượng hơi dùng trong nhà máy ....................................... 108

x


Thiết kế nhà máy sản xuất enzyme cellulase bằng phương pháp lên men bề mặt
với năng suất 1000 tấn sản phẩm/năm.

MỞ ĐẦU
Enzyme được biết đến từ những năm giữa thế kỷ XIX và phát triển mạnh từ những
năm 1960. Hiện nay nhờ sự tiến bộ của công nghệ gen đã tạo những bước phát triển
mạnh mẽ hơn cho công nghệ enzyme, khơng cịn mang tính thủ cơng mà đã trở nên hiện
đại với nhiều loại enzyme kỹ thuật cao. Hàng năm lượng enzyme được sản xuất trên thế
giới đạt khoảng trên 300.000 tấn với giá trị trên 500 triệu USD, được phân phối trong
các lĩnh vực khác nhau [21], trong đó enzyme cellulase là một trong những enzyme được
sản xuất nhiều với nhiều ứng dụng rộng rãi trong công nghiệp.
Enzyme cellulase là hệ enzyme bao gồm các loại enzyme: C1, Cx, β-glucosidase,
có khả năng hoạt động phối hợp để phân giải cellulose thành glucose. Enzyme cellulase
được ứng dụng trong công nghiệp thực phẩm, trong sản xuất thức ăn chăn nuôi, trích ly
các chất từ thực vật, phân hủy các phế liệu giàu cellulose….
Hàng năm, nước ta phải nhập ngoại một lượng lớn enzyme cellulase để giải quyết
vấn đề sản xuất và xử lý ô nhiễm môi trường. Việt Nam là nước nơng nghiệp đang trên
đà phát triển. Vì vậy lượng phế phẩm nông nghiệp rất dồi dào và đa dạng là thách thức
lớn với môi trường nhưng cũng là nguồn nguyên liệu giàu cellulose cung cấp cho phát
triển công nghiệp sản xuất enzyme cellulase.
Nguồn enzyme cellulase từ vi sinh vật tận dụng được những phế liệu gây ô nhiễm
giải quyết vấn đề mơi trường vừa có nguồn ngun liệu rẻ tiền cung cấp cho các ngành
sản xuất khác.

Từ cơ sở thực tiễn như trên tôi thực hiện đề tài: “Thiết kế nhà máy sản xuất enzyme
cellulase bằng phương pháp lên men bề mặt với năng suất 1000 tấn sản phẩm/năm”.

Sinh viên thực hiện: Ngô Đỗ Thị Ánh Nguyệt

Giáo viên hướng dẫn: TS. Đặng Đức Long

1


Thiết kế nhà máy sản xuất enzyme cellulase bằng phương pháp lên men bề mặt
với năng suất 1000 tấn sản phẩm/năm.

CHƯƠNG 1: LẬP LUẬN KINH TẾ - KỸ THUẬT
1.1 Sự cần thiết phải đầu tư
Từ khi xuất hiện các khu công nghiệp thực phẩm, các nhà máy sản xuất bia, nhiên
liệu sinh học, nhà máy sản xuất cồn, sản xuất giấy, thức ăn chăn nuôi hay sự phát triển
mạnh mẽ của nền nông nghiệp tại khu vực các tỉnh Quảng Nam, Quảng Ngãi, Đà Nẵng
và ở các tỉnh khác thuộc miền Trung – Tây Nguyên, nhận thấy một nhu cầu về nguồn
enzyme cho các quá trình sản xuất của các nhà máy, xí nghiệp trong những năm gần đây
có sự tăng lên rất rõ rệt. Đáng kể đến là enzyme cellulase đang được sử dụng nhiều trong
ngành chế biến thực phẩm, sản xuất nhiên liệu sinh học, sản xuất giấy, sản xuất thức ăn
chăn nuôi và xử lý phế thải nông nghiệp.
Theo báo cáo của SBC Scientific hàng năm lượng enzyme được sản xuất trên thế
giới đạt khoảng trên 300.000 tấn với giá trị trên 500 triệu USD, được phân phối trong
các lĩnh vực khác nhau. Enzyme cellulase sử dụng trên thị trường được nhập khẩu từ
nước ngoài ở dạng lỏng hoặc dạng bột với giá thành dao động từ 5-30 USD/kg.
Qua tìm hiểu về vị trí địa lý, khí hậu, hệ thống giao thông vận tải và các điều kiện
khác, tôi quyết định chọn địa điểm xây dựng nhà máy sản xuất enzyme cellulase tại khu
kinh tế mở Chu Lai, huyện Núi Thành, tỉnh Quảng Nam.

1.2 Đặc điểm tự nhiên và vị trí xây dựng
Quảng Nam nằm trong vùng khí hậu nhiệt đới gió mùa, có 2 mùa rõ rệt là mùa
khơ và mùa mưa, ít chịu ảnh hưởng của gió đơng lạnh miền Bắc. Nhiệt độ trung bình
đạt 25,40C. Lượng mưa trung bình hằng năm đạt 2000 – 2500mm tập trung vào các
tháng 9-10-11. Độ ẩm trung bình trong khơng khí đạt 84%. Hướng gió chủ yếu là hướng
Đông Nam [22].
Địa điểm xây dựng nhà máy nằm trên mặt bằng giải tỏa của khu kinh tế mở Chu
Lai và nằm sát Quốc lộ 1A, với mặt bằng khá bằng phẳng nên rất thuận lợi.
1.3 Giao thông vận tải
Nhà máy nằm trong khu kinh tế mở Chu Lai được quy hoạch giao thông nằm gần
Quốc lộ 1A, tuyến đường huyết mạch đi qua các vùng sản xuất lúa chính của tỉnh để
thuận lợi cho thu mua vận chuyển nguyên liệu.
Nhà máy còn đặt gần trục đường sắt Bắc Nam đi qua ga Núi Thành (huyện Núi
Thành, tỉnh Quảng Nam), sân bay Chu Lai, cảng Kỳ Hà- cảng lớn của khu vực miền
Trung nên thuận lợi để xuất sản phẩm ra nước ngồi.
Sinh viên thực hiện: Ngơ Đỗ Thị Ánh Nguyệt

Giáo viên hướng dẫn: TS. Đặng Đức Long

2


Thiết kế nhà máy sản xuất enzyme cellulase bằng phương pháp lên men bề mặt
với năng suất 1000 tấn sản phẩm/năm.

1.4 Vùng nguyên liệu
Quảng Nam, Đà Nẵng, Quảng Ngãi là những địa phương sản xuất lúa gạo trọng
điểm của khu vực miền Trung. Theo báo cáo của Sở Nông nghiệp và phát triển nông
thôn thành phố Đà Nẵng [23] và nghị quyết về quy hoạch sử dụng đất tại Quảng Nam,
Quảng Ngãi đến năm 2020 của văn phịng chính phủ [24] tổng diện tích đất trồng lúa tại

3 địa phương từ 98277 ha đến 98897 ha, với lượng rơm rạ ước tính gần 2 triệu tấn rơm
rạ/năm đây là nguồn cung cấp rơm rạ cho hoạt động sản xuất tại nhà máy.
1.5 Hợp tác hóa
Nhà máy sản xuất enzyme đặt trong khu kinh tế mở Chu Lai nên quá trình hợp
tác hóa được tiến hành chặt chẽ, do đó việc sử dụng các cơng trình chung như: điện,
nước, giao thơng, ... được tiến hành thuận lợi và giảm chi phí cho đầu tư xây dựng.
1.6 Nguồn cung cấp nhiên liệu
Nhiên liệu sử dụng là dầu FO và trấu, than cung cấp từ thành phố chủ yếu để đốt
lò hơi cho nhà máy.
1.7 Nguồn cung cấp nước và vấn đề xử lý nước thải
Nguồn cung cấp nước cho nhà máy là nguồn nước từ nhà máy cấp thốt nước của
khu cơng nghiệp.
Nước thải được chuyển vào hệ thống xử lý của nhà máy trước khi chuyển vào hệ
thống xử lý nước thải của khu công nghiệp.
1.8 Vấn đề tiêu thụ
Hiện nay ở Quảng Nam, Đà Nẵng, Quảng Ngãi có nhiều nhà máy sử dụng enzyme
cellulase như nhà máy bia Dung Quất- Quảng Ngãi, nhà máy bia Heiniken Việt NamĐà Nẵng, nhà máy cồn ethanol Đại Tân- Quảng Nam, nhà máy Bio-Ethenol Dung QuấtQuảng Ngãi, nhà máy sản xuất thức ăn chăn nuôi CP Hải Dương tại Quảng Ngãi, ...
nông nghiệp cũng cần sử dụng enzyme cellulase. Vì vậy nhu cầu enzyme cellulase trong
khu vực là khá lớn, cùng với nhu cầu từ các khu vực lân cận đảm bảo khả năng tiêu thụ
sản phẩm tốt.

Sinh viên thực hiện: Ngô Đỗ Thị Ánh Nguyệt

Giáo viên hướng dẫn: TS. Đặng Đức Long

3


Thiết kế nhà máy sản xuất enzyme cellulase bằng phương pháp lên men bề mặt
với năng suất 1000 tấn sản phẩm/năm.

CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN TÀI LIỆU

2.1 Tổng quan về enzyme cellulase
2.1.1 Khái niệm về enzyme
Enzyme là một chất xúc tác sinh học, do tế bào sống sản xuất ra có tác dụng tăng
tốc độ và hiệu suất phản ứng hóa sinh mà sau phản ứng vẫn còn giữ nguyên khả năng
xúc tác [2, trang 5].
Đặc tính sinh học của enzyme [9]:
- Enzyme được tạo ra trong tế bào sinh vật.
- Enzyme tham gia phản ứng cả trong tế bào sống và cả khi được tách khỏi tế bào
sống.
- Enzyme tham gia phản ứng trong điều kiện nhiệt độ ơn hịa.
- Enzyme có thể tham gia xúc tác cho các phản ứng trong và ngoài cơ thể từ giai
đoạn đầu đến giai đoạn giải phóng hồn tồn năng lượng dự trữ trong các hợp chất hóa
học.
- Enzyme có thể được thực hiện một phản ứng.
- Phản ứng enzyme là phản ứng tiêu hao năng lượng rất ít.
- Enzyme chịu sự điều khiển bởi gen và các điều kiện phản ứng.
2.1.2 Định nghĩa enzyme cellulase
Cellulase là một loại homopolyme của β- D- glucose. Các gốc được nối với nhau
qua liên kết β- D- 1,4 – glucose. Nó được sản xuất nhờ các vi khuẩn cộng sinh trong dạ
cỏ của động vật nhai lại. Ngồi động vật nhai lại khơng cịn động vật nào khác sản xuất
được enzyme này [2, trang 160].
2.1.3 Tính chất và cơ chế hoạt động của enzyme cellulase
2.1.3.1 Phân loại enzyme cellulase
Enzyme tham gia phân hủy cellulose được phân ra làm 3 nhóm chủ yếu:
• 1,4 β-D glucan cellobiohydrolase. Enzyme cắt đầu không khử của chuỗi
cellulose để tạo thành cellobiose. Enzyme này cịn có một loạt các tên khác như:
cellobiohydrolase, exoglucanase, exocellulase, cellobiosidase và avicellase [8, trang

379]. Enzyme này có khả năng phân giải cellulose dạng kết tinh mà chỉ làm thay đổi
tính chất hóa lý của chúng, giúp cho enzyme endocellulase phân giải chúng.
• 1,4 β-D glucan 4 glucanohydrolase. Enzyme này tham gia phân giải liên kết βSinh viên thực hiện: Ngô Đỗ Thị Ánh Nguyệt

Giáo viên hướng dẫn: TS. Đặng Đức Long

4


Thiết kế nhà máy sản xuất enzyme cellulase bằng phương pháp lên men bề mặt
với năng suất 1000 tấn sản phẩm/năm.

1,4 glucoside trong cellulose, lignin và β-D glucan. Sản phẩm của quá trình phân giải là
cellodextrin, cellobiose và glucose. Chúng tham gia tác động mạnh đến cellulose vơ
định hình, tác động yếu đến cellulose kết tinh [8, trang 379].
Enzyme này cịn có các tên gọi khác như: endoglucanase, endo 1,4 glucanase và
C-cellulase.
• β-D glucoside glucohydrolase. Enzyme này tham gia phân hủy cellobiose tạo
thành glucose. Chúng khơng có khả năng phân giải cellulose nguyên thủy. Trong các tài
liệu khoa học chúng cịn có tên là cellobiase và β-glucosidase [8, trang 379].
2.1.3.2 Tính chất của enzyme cellulase [8, trang 380]
Theo Wood và Mc.Cral (1979) enzyme cellulase được phân chia theo chức năng
thành 3 nhóm:
• Cellobiohydrolase bao gồm hai loại là Cbh I và Cbh II:
- Cbh I có trọng lượng phân tử khoảng 65kD, điểm đẳng điện là 4,4 (PI = 4,4).
Loại enzyme này tác động cả lên cellulose vơ định hình và cellulose kết tinh nhưng lại
không tác động đến cellulose biến tính như CMC hay hydroxyethylcellulose,
cellohexaose β- nitrophenul, β- glucoside hay β-glucan. Cbh I chứa khoảng 496 amino
acid.
- Cbh II có trọng lượng phân tử là 53kD, PI = 5,0. Chúng có khả năng tác động

đến cellulose hịa tan và cả cellulose khơng hịa tan, cũng khơng có tác động lên CMC.
Cbh II chứa khoảng 471 amino acid.
• Endoglucanase được chia thành hai loại là Egl I và Egl II: Egl I chứa 459 amino
acid, trọng lượng phân tử 48,212 kD. Egl II chứa 418 amino acid, trọng lượng phân tử
là 42,2 kD. Các enzyme này hoạt động ở nhiệt độ khá cao.
• β- glucosidase là nhóm enzyme khá phức tạp, chúng có khả năng hoạt động ở
pH rất rộng (pH 4,4 – 8,4), trọng lượng phân tử 50 -98 kD; PI = 8,4 và có thể hoạt động
ở nhiệt độ cao.
Hoạt tính của hệ enzyme cellulase đạt cao nhất khi nhiệt độ nằm trong khoảng từ
40 – 60 0C, pH nằm trong khoảng từ 4 -7.
Cellulase bị ức chế bởi những sản phẩm phản ứng của nó như glucose, cellobiose.
Hg ức chế hoàn toàn cellulase, trong khi các ion như Mn2+, Ag+, Cu2+ và Zn2+ chỉ ức
chế nhẹ. Hoạt tính của chế phẩm cellulase bị mất hồn tồn sau 10 – 15 phút ở 800C.
2+

2.1.3.3 Cơ chế hoạt động của enzyme cellulase
Sinh viên thực hiện: Ngô Đỗ Thị Ánh Nguyệt

Giáo viên hướng dẫn: TS. Đặng Đức Long

5


Thiết kế nhà máy sản xuất enzyme cellulase bằng phương pháp lên men bề mặt
với năng suất 1000 tấn sản phẩm/năm.

Cellulase là enzyme xúc tác cho q trình chuyển hóa cellulose thành các sản
phẩm hòa tan.
Cellulase Cx còn được gọi là endocellulase (endoglucanase; 1,4-β-D-glucan-4glucanohydrolase). Enzyme này thủy phân liên kết β-1,4-glucoside ở vị trí ngẫu nhiêu
trong chuỗi cellulose, chuỗi cellodextrin và các dẫn xuất cellulose như CMC và

Hydroxyethyl Cellulose (HEC). Chúng tham gia tác động mạnh đến cellulose vơ định
hình, tác động đến cellulose kết tinh.
Cellulase C1 còn được gọi là exocellulase (exobiohydrolase; 1,4-β- D- glucan
cellobiohydrolase). Enzyme này thủy phân đặc hiệu liên kết β-1,4-glucoside ở đầu
không khử của chuỗi cellulose hoặc các cellodextrin để giải phóng cellobiose (cấu trúc
gồm 1 phân tử D-glucose nối với nhau bằng liên kết β-1,4-glucoside). Enzyme này
khơng có khả năng phân giải cellulose ở dạng kết tinh mà chỉ làm thay đổi tính chất lý
hóa, giúp cho enzyme endocellulase phân giải chúng.
β-glucosidase (cellubiase; β-D-glucoside glucohydrolase) khơng có khả năng
phân hủy cellulose ngun thủy mà tham gia phân hủy cellobiose. Cellodextrin tạo thành
D-glucose.

Hình 2.1 Cơ chế tác động phân giải của tổ hợp enzyme cellulase [25].
2.1.4 Ứng dụng của enzyme cellucase
2.1.4.1 Cellulase với công nghiệp thực phẩm [26]
Ứng dụng trước 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 vật. Đặc biệt là đối
với thức ăn cho trẻ con và nói chung là chất lượng thực phẩm được tăng lên.
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...

Sinh viên thực hiện: Ngô Đỗ Thị Ánh Nguyệt

Giáo viên hướng dẫn: TS. Đặng Đức Long

6


Thiết kế nhà máy sản xuất enzyme cellulase bằng phương pháp lên men bề mặt
với năng suất 1000 tấn sản phẩm/năm.

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 vỡ thành tế bào. Đặc 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 cơng
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.
2.1.4.2 Trong cơng nghệ sản xuất giấy và bột giấy [26]
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 là 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.
2.1.4.3 Trong cơng nghiệp chế biến thực phẩm [26]
Trong q trình sản xuất các loại nước quả và đồ uống không cồn dựa trên việc
trích li dịch quả từ thịt nghiền, ở giai đoạn dịch hóa bổ sung hỗn hợp các enzyme
cellulase, hemicellulase để tăng hiệu suất trích ly dịch quả, giảm bớt độ nhớt, tăng mức
cảm quan nước quả và giảm bớt một số công đoạn.
Trong công nghệ sản xuất bia, các chế phẩm enzyme amylase, protease và
glucanase đã được sử dụng để ngăn chặn sự tạo thành các diacetyl, do đó giảm lượng
diacetyl được tạo thành, rút ngắn thời gian cần thiết để ủ bia. Trong dịch lên men có
chứa một lượng β– glucan, chất này ảnh hưởng tới khả năng lọc và gây đục cho bia.
Trong quá trình sản xuất cà phê ở Việt Nam, cà phê chủ yếu được sản xuất bằng
phương pháp khô, phương pháp này cho chất lượng cà phê không cao. Để tiến hành

nâng cao chất lượng cà phê, phương pháp lên men đã được áp dụng. Đó là q trình sử
dụng phức hệ enzyme cellulase và pectinase để xử lý bóc vỏ cà phê và làm tăng khả
năng ly trích dịch quả. Trong khâu bóc vỏ, cellulose gây hiện tượng thẫm màu, làm giảm
chất lượng sau khi sấy, đồng thời cản trở cho việc bóc vỏ. Khi sử dụng chế phẩm Asp.
niger có tên thương mại là Biovina-09 có hoạt tính pectinase và cellulase cho thấy số
Sinh viên thực hiện: Ngô Đỗ Thị Ánh Nguyệt

Giáo viên hướng dẫn: TS. Đặng Đức Long

7


Thiết kế nhà máy sản xuất enzyme cellulase bằng phương pháp lên men bề mặt
với năng suất 1000 tấn sản phẩm/năm.

lượng cà phê được bóc vỏ tăng, hạt cà phê được bóc vỏ bằng chế phẩm khơng cịn nhớt
như hạt khơng sử dụng chế phẩm enzyme và hiệu suất bóc vỏ khá cao. Trong q trình
ly trích dịch quả, cellulose và pectin cản trở sự thốt các chất hịa tan trong tế bào ra
ngoài tế bào. Khi sử dụng chế phẩm Biotin-09 hiệu suất trích ly cao hơn mẫu khơng sử
dụng là 46%.
2.1.4.4 Trong công nghiệp sản xuất thức ăn chăn nuôi [26]
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 cịn 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, 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 ni.

2.1.4.5 Trong công nghiệp sản xuất dung môi hữu cơ [26]
Trong giai đoạn đường hóa của q trình sản xuất ethanol, amylase là thành phần
chính trong q trình thủy phân tinh bột. Tuy nhiên, bổ sung một số enzyme phá hủy
thành tế bào như cellulase, hemicellulase có vai trị 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%.
2.1.4.6 Trong công nghệ xử lý rác thải và sản xuất phân bón vi sinh [26]
Rác thải là nguồn chính gây nên ơ nhiễm mơi 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 mơi 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
Sinh viên thực hiện: Ngô Đỗ Thị Ánh Nguyệt

Giáo viên hướng dẫn: TS. Đặng Đức Long

8


Thiết kế nhà máy sản xuất enzyme cellulase bằng phương pháp lên men bề mặt
với năng suất 1000 tấn sản phẩm/năm.

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.
2.1.5 Tình hình sản xuất enzyme cellulase
2.1.5.1 Tình hình nghiên cứu, ứng dụng và sản xuất enzyme cellulase trên thế giới
Enzyme cellulase kỹ thuật chủ yếu được thu nhận từ Trichoderma reesei,
Asp.niger và gần đây là từ các chủng vi khuẩn. Ở Nhật, cellulase kỹ thuật thu nhận từ
T.viride bằng phương pháp nuôi cấy bề mặt theo quá trình koji như sau: cám mỳ được
xử lý nhiệt, cấy bào tử vào, nuôi ủ vào khay dưới điều kiện (pH, nhiệt độ, độ ẩm…) tối
ưu. Sau 3÷5 ngày, mơi trường lên men được chiết với nước, dịch chiết được cô đặc và
enzyme được tủa bằng alcohol. Thậm chí ngày nay, một vài cơng ty cịn sản xuất enzyme
cellulase từ Trichoderma theo quá trình koji. Tương tự, có thể áp dụng q trình này để
sản xuất enzyme từ Asp.niger. Theo Yamada (1977), khoảng 45 tấn cellulase được sản
xuất từ T.viride và Asp.niger vào năm 1976. Việc sản xuất cellulase bằng phương pháp
chìm được mơ tả đầu tiên trong các patent của Nhật.
Ở Mỹ, phịng thí nghiệm của quân đội Mỹ ở Natik và trường đại học Rutgers lần
đầu tiên sử dụng chủng T.viride QM 6 hoang dại để sản xuất enzyme cellulase. Sau đó
gây đột biến và chọn lọc được biến chủng QM9414 có khả năng sinh ra cellulase cao
[9].
Ở Pháp hãng Ly Ven sản xuất enzyme cellulase từ T.reesei và từ Asp.niger sử
dụng trong công nghiệp thực phẩm.
Ở Canada, hãng Logene sản xuất enzyme cellulase sử dụng trong thức ăn gia súc,
công nghiệp giấy, chế biến hạt, sản xuất ethanol.
Loại chế phẩm được sản xuất ở Liên Xơ sử dụng trong chăn ni có tên gọi là
“cellolignorin”. Đây là sản phẩm nuôi cấy T. Lignorum đã sấy khơ đến chỉ cịn 13% độ
ẩm, chứa 1 ÷ 50 đơn vị cellulase/g. Ngoài các endoglucanase và exoglucanase cịn có
hemicellulase, pectinase và xylanase, pH thích hợp nhất cho chế phẩm này hoạt động từ
4,0 ÷ 4,5.
Ở Nhật Bản Hãng Nagaze, Amano, dsiva kasei – zenibon sejkage hằng năm đã
sản xuất đến 8000 tấn chế phẩm enzyme các loại để dùng trong nông nghiệp.
Enzyme “penxenlase” chứa enzyme cellulase, hemicellulase, protease, và

amylase. Hoạt tính có các loại 500, 1000 và 1500 đơn vị/ gam, pH thích hợp từ 4,0 ÷
5,5, nhiệt độ thích hợp là 600C.
Chế phẩm cellulase “Onozyka” chứa cellulase và hemicellulase. Chế phẩm này
Sinh viên thực hiện: Ngô Đỗ Thị Ánh Nguyệt

Giáo viên hướng dẫn: TS. Đặng Đức Long

9


Thiết kế nhà máy sản xuất enzyme cellulase bằng phương pháp lên men bề mặt
với năng suất 1000 tấn sản phẩm/năm.

thu được từ các dịch nuôi cấy bề mặt nấm T.viride. Các điều kiện thích hợp như pH,
nhiệt độ cũng tương tự Pancellase.
Chế phẩm enzyme “Celluzin” thu được từ nuôi cấy chìm nấm Asp.niger. Hoạt
tính cellulase khoảng 450000 đơn vị/ gam.
Ở Mỹ, chế phẩm “Biozim” được sản xuất bằng phương pháp nuôi cấy bề mặt nấm
Asp.Oryzae. Chế phẩm này chứa 26 loại enzyme khác nhau, trong số này có cellulase,
amylase…
Ở Bugari có loại chế phẩm “Xeaza T” chứa hoạt tín exoglucanase 268 đơn vị/gam
và endoglucanase 92 đơn vị/ gam, pH thích hợp từ 4,0 ÷ 5,5.
2.1.5.2 Tình hình nghiên cứu, ứng dụng và sản xuất enzyme cellulase tại Việt Nam
Ở Việt Nam chưa có một chế phẩm enzyme cellulase nào được sản xuất chủ động
từ những nguồn nguyên liệu trong nước. Việc sản xuất chỉ mới dừng lại ở việc nghiên
cứu nên nhu cầu enzyme chủ yếu là nhập khẩu từ nước ngoài.
Năm 1999, Nguyễn Đức Lượng và cộng sự đã nghiên cứu khả năng sinh tổng hợp
cellulase từ Astinomyces griseus.
Năm 1999, Lý Kim Bảng và cộng sự đã xây dựng quy trình cơng nghệ sản xuất
chế phẩm Micromix 3 để bổ sung vào bể ủ rác thải.

Năm 2003, Hoàng Quốc Khánh và cộng sự đã nghiên cứu khả năng sinh tổng hợp
và đặc điểm cellulase từ chủng Aspergillus niger.
Năm 2007, Trần Thạnh Phong và các cộng sự đã nghiên cứu thu nhận enzyme
cellulase của Trichoderma reesei trên môi trường bán rắn [10].
Năm 2008, Trần Thị Hồng và các cộng sự đã nghiên cứu sử dụng hệ enzyme
cellulase tách từ hệ vi sinh vật để phân giải cellulose trong phế thải nông nghiệp [4].
Năm 2010, Trần Thị Thanh Thuần và Nguyễn Đức Lượng đã nghiên cứu enzyme
cellulase và pectinase từ chủng Trichoderma Viride và Aspergillus niger để xử lý nhanh
vỏ cà phê [17].
Năm 2011, Dương Văn Hợp và các cộng sự đã phân lập, tuyển chọn vi khuẩn
sinh enzyme thủy phân phức hợp cellulose dùng trong chế biến thức ăn thô xanh và phụ
phẩm nông nghiệp cho gia súc nhai lại [5].
Năm 2013, Xuân Nam Kiều đã nghiên cứu thu nhận một số nguồn enzyme
cellulase từ nấm mốc [7].
Năm 2014, Phạm Thị Kim Thảo và một số cộng sự đã nghiên cứu phân lập nấm
Trichoderma và khảo sát khả năng sinh enzyme, ứng dụng trong xử lý bã thải nấm [12].
Sinh viên thực hiện: Ngô Đỗ Thị Ánh Nguyệt

Giáo viên hướng dẫn: TS. Đặng Đức Long

10


Thiết kế nhà máy sản xuất enzyme cellulase bằng phương pháp lên men bề mặt
với năng suất 1000 tấn sản phẩm/năm.

2.2 Vi sinh vật sinh tổng hợp enzyme cellulase
Trong điều kiện tự nhiên, cellulose bị phân hủy bởi VSV cả trong điều kiện hiếu
khí và cả trong điều kiện yếm khí. Các lồi VSV thay phiên nhau phân hủy cellulose
đến sản phẩm cuối cùng là glucose. Tuy nhiên, trong thiên nhiên khơng có một VSV

nào có khả năng cùng một lúc sinh tổng hợp tất cả các loại enzyme có trong phức hệ
enzyme cellulase. Có lồi này có khả năng sinh tổng hợp mạnh loại enzyme này, loại
khác lại tổng hợp mạnh loại enzyme khác. Chính vì thế sự phân giải cellulose trong điều
kiện tự nhiên thường rất chậm và thường khơng triệt để.
Số lượng các lồi VSV tham gia tổng hợp enzyme có trong điều kiện tự nhiên rất
phong phú. Chúng thuộc nấm sợi, xạ khuẩn, vi khuẩn và trong một số trường hợp, các
nhà khoa học còn thấy cả nấm men cũng tham gia quá trình phân giải này.
2.2.1 Vi khuẩn:
Trong điều kiện hiếu khí, có rất nhiều vi khuẩn có khả năng phân hủy cellulose
nhờ vào hệ enzyme cellulase 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,
enzyme oxy hóa khử và enzyme phân hủy protein cũng tham gia vào q trình trên. Một
số lồi vi khuẩn tiêu biểu có khả năng phân hủy cellulose trong điều kiện hiếu khí:
Acetobacter xilinum, Achromabacter, Bacillus subtilis, Celvibrio fulvus, Cytophaga,
Cellulomonas biazotea.
2.2.2 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 [1].
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.
Xạ khuẩn tham gia tích cực vào các q trình chuyển hóa nhiều hợp chất hữu cơ
trong tự nhiên. Chúng sinh sản ra chất kháng sinh từ acid amin tạo thành trong quá 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 làm ba nhóm A, B, C. Nhóm B và C phân
hủy cellulose rất mạnh. Theo Krasilnikov (1949) thì các lồi xạ khuẩn phân giải
cellulose có thể xếp hạng theo mức độ phân giải từ mạnh xuống yếu như sau:
+ Loài 1: Act. coelicolor, Act. sulfureus, Act. aureus, Act. cellulose.

Sinh viên thực hiện: Ngô Đỗ Thị Ánh Nguyệt

Giáo viên hướng dẫn: TS. Đặng Đức Long

11


Thiết kế nhà máy sản xuất enzyme cellulase bằng phương pháp lên men bề mặt
với năng suất 1000 tấn sản phẩm/năm.

+ Loài 2: Act. hydroscopicus, Act. griseoflavus, Act. ochroleucus, Act. loidensis,
Act. viridans, Act. griseolus.
+ Loài 3: Act. themofuscus, Act. xanthostromus.
+ Lồi 4: Act. flavochromogenes, Act. bovis, Act. sampsonii.
2.2.3 Nấm sợi:
Có nhiều lồi 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.
Nấm sợi Aps.niger [1]

Hình 2.2 Cấu trúc nấm sợi Asp.niger [27].
Vị trí phân loại và các đặc điểm sinh lý, sinh hóa và sinh thái.
Vị trí phân loại của Asp.niger được xếp như sau:
Sinh giới: Eukaryote
Lớp: Ascomycetes
Bộ: Plectascales
Họ: Aspergillaceae
Giống: Aspergillus
Sinh viên thực hiện: Ngô Đỗ Thị Ánh Nguyệt

Giáo viên hướng dẫn: TS. Đặng Đức Long

12


Thiết kế nhà máy sản xuất enzyme cellulase bằng phương pháp lên men bề mặt
với năng suất 1000 tấn sản phẩm/năm.

Lồi: Aspergillus niger.
Khuẩn lạc Asp.niger trên mơi trường Czapek với pH = 5,5 có dạng lơng nhung,
khi cịn non có màu trắng, khi sinh bào tử màu đen, mặt trái của peptri thường có màu
vàng nhạt đến vàng sáng.

Hình 2.3 Khuẩn lạc của Asp. Niger trên môi trường nuôi cấy [28]
Cuống sinh bào tử được sinh ra từ khuẩn ty khí sinh có chiều dài 1 ÷ 3 mm, có
vách tế bào trơn bóng và trong suốt. Đỉnh cuống phình ra có dạng hình cầu được gọi là
bọng, có đường kớnh t 50 ữ 75 àm, sinh ra 2 lp thể bình, lớp thứ nhất hình tam giác
cân ngược, lớp thứ hai hình chai, sinh ra bào tử đính hình cu, BT ớnh cú ng kớnh
4 ữ 5 àm, cú màu nâu đen, vách bào tử đính có dạng xù xì.
Đặc tính sinh lý: Asp.niger sinh trưởng ở nhiệt độ tối thiểu 6 ÷ 80C, tối đa 45 ÷
470C, tối ưu 28 ÷ 320C. A.niger là nấm sợi chịu khơ cho biết bào tử đính có thể nảy mầm
trong mơi trường có thế nước 0,77 ở 370C. Asp.niger có thể sinh trưởng ở pH = 2 trong
điều kiện có thế nước cao [8].
Độc tố: Asp.niger được xem là nấm sợi không sinh độc tố và được sử dụng rộng
rãi trong chế biến thực phẩm. Các enzyme thủy phân thu nhận được từ chủng này không
gây đột biến vi khuẩn và các mô của chuột. Tuy nhiên, theo thông tin gần đây có 2 trong
số 19 chủng Asp.niger phân lập được sinh ra.
Sinh thái: Asp.niger chiếm ưu thế ở vùng khí hậu nhiệt đới. Bào tử đính màu đen
nên khơng bị ảnh hưởng bởi tia mặt trời và tia UV. Asp.niger thường được phân lập từ

các sản phẩm phơi nắng: cá, cây gia vị. Các đặc tính và cấu trúc của hệ cellulase từ
Sinh viên thực hiện: Ngô Đỗ Thị Ánh Nguyệt

Giáo viên hướng dẫn: TS. Đặng Đức Long

13