Tải bản đầy đủ

THIẾT KẾ PHÂN XƯỞNG SẢN XUẤT ACID GLUTAMIC TINH THỂ BẰNG PHƯƠNG PHÁP LÊN MEN TỪ RỈ ĐƯỜNG VÀ TINH BỘT

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG

CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

TRƯỜNG CAO ĐẲNG CÔNG NGHỆ

Độc lập – Tự do – Hạnh phúc

KHOA: CÔNG NGHỆ HÓA HỌC
BỘ MÔN:CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM

NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỔNG HỢP
Họ và tên sinh viên: .…Phan Thị Như Quỳnh………………………………
Lớp: ……………13HTP2…............................................................................
Ngành: ………Công nghệ hóa thực phẩm...………………………………..
1. Tên đề tài
THIẾT KẾ PHÂN XƯỞNG SẢN XUẤT ACID GLUTAMIC TINH
THỂ BẰNG PHƯƠNG PHÁP LÊN MEN TỪ RỈ ĐƯỜNG VÀ TINH
BỘT
2. Các số liệu ban đầu
-Năng suất 10.000 lít rỉ đường/ ngày

-Tỉ lệ rỉ đường và tinh bột đã xử lý đưa vào pha dịch lên men là 45%:55%
3. Nội dung phần thuyết minh và tính toán:
Chương 1. Giới thiệu
Chương 2. Tổng quan tài liệu
Chương 3. Phương pháp luận
Chương 4. Kết quả và thảo luận


Tài liệu tham khảo
-Tính cân bằng vật chất
-Tính thiết bị
4. Các bản vẽ và đồ thị
Sơ đồ quy trình công nghệ
Bản vẽ mặt bằng phân xưởng
Bản vẽ mặt cắt phân xưởng
5. Cán bộ hướng dẫn: ThS. Trần Thị Kim Hồng
6. Ngày giao đề tài:29/01/2016
7. Ngày hoàn thành đề tài:2/06/2016

Thông qua bộ môn
Ngày......tháng......năm 2016
Tổ trưởng bộ môn

Kết quả điểm đánh giá

Cán bộ hướng dẫn

Ngày… tháng…. năm 2016

Chủ tịch hội đồng


LỜI CAM ĐOAN
Em xin cam đoan tất cả nội dung trong bài đồ án này là kết quả của quá trình tìm
hiểu, tính toán dựa trên các tài liệu tham khảo từ các giáo trình, vận dụng kiến thức
trong quá trình học tập đặc biệt là sự hướng dẫn tận tình của giảng viên: Th.s Trần
Thị Kim Hồng cùng các thầy cô trong khoa Công Nghệ Hóa Học. Nội dung của bài
đồ án không sao chép của bất kỳ bài đồ án nào, thông tin lấy từ các trang wed chính
thống.



TÓM TẮT
Việt Nam là một trong những nước đang phát triển. Với nhiều ngành nghề khác
nhau trong đó có sự phát triển mạnh của ngành công nghiệp thực phẩm. Ngành
công nghiệp lên men là ngành đóng vai trò quan trọng trong sự phát triển kinh tế,
góp phần cung cấp thực phẩm cho đất nước và là nguyên liệu dồi dào cho một số
ngành công nghiệp khác. Với sự tiến bộ của khoa học kỹ thuật, ngành công nghiệp
lên men càng ngày phát triển, với các thiết bị máy móc hiện đại đã và đang đạt được
những thành tựu to lớn, với sự đảm bảo về số lượng và chất lượng tốt.
Acid amin là 1 thành phần rất cần thiết cho cơ thể. Thiếu một số aci amin là
nguyên nhân gây nên bệnh tật hay suy giảm sức khỏe. Acid glutamic là một loại
quan trọng như thế đối với cơ thể, là một loại acid amin tham gia vào việc cấu tạo
nên protein của cơ thể. Trong 20 loại acid amin trong cơ thể thì acid glutamic thuộc
loại acid amin thay thế nghĩa là cơ thể có thể tổng hợp được và có công thức
C5H9NO4. [11]
Acid glutamic có vai trò quan trọng trong nhiều ngành như y học, sinh học và
thực phẩm. Đối với ngành thực phẩm nó là nguồn nguyên liệu chủ yếu sản xuất bột
ngọt và một số chất điều vị khác, nó tạo ra hương vị làm thức ăn thêm ngon hơn.
Sản xuất acid glutamic là ngành cần thiết, quan trọng cho ngành công nghiệp chế
biến thực phẩm, dược phẩm và ngành công nghiệp nói chung.
Với vai trò quan trọng của acid glutamic trong công nghiệp thực phẩm và các
ngành công nghiệp khác, để đáp ứng nhu cầu của người tiêu dùng trong nước cũng
như quốc tế, nên em chọn đề tài” Thiết kế phân xưởng sản xuất acid glutamic tinh
thể bằng phương pháp lên men với năng suất 10000 lít rỉ đường/ ngày.”


LỜI CẢM ƠN
Để hoàn thành đề tài tốt nghiệp này thì không chỉ có sự cố gắng, nổ lực của
chính bản thân em, và hơn nữa là sự quan tâm giúp đỡ nhiệt tình của các thầy cô và
các bạn.
Trong quá trình làm và hoàn thành đồ án tốt nghiệp em đã có rất nhiều thắc mắc
về đồ án của mình. Được sự chỉ dẫn nhiệt tình của cô Trần Thị Kim Hồng em đã
hoàn thành được tập đồ án tốt nghiệp và đúng thời gian quy định. Em xin chân
thành cảm ơn sâu sắc đến Cô Trần Thị Kim Hồng đã hướng dẫn tận tình, chu đáo và
tạo điều kiện trong suốt thời gian qua.
Em xin gởi lời cảm ơn đến các thầy cô trong bộ môn khoa Hóa nói riêng và thầy
cô trường Cao Đẳng Công Nghệ nói chung đã dạy bảo, giúp đỡ, dìu dắt em trong
suốt những năm học vừa qua, cho em những nền tảng kiến thức ban đầu vững chắc
để có thể hoàn thành tốt đề tài tốt nghiệp của mình và tiếp thu những kiến thức mới
cho công việc sau này.
Cuối cùng, em xin gởi lời cảm ơn đến người thân, bạn bè đã luôn giúp đỡ em
trong suốt quá trình hoàn thành đề tài tốt nghiệp của mình.

Đà Nẵng, ngày 02/ 06 /2016
Sinh viên thực hiện
Phan Thị Như Quỳnh


MỤC LỤC
LỜI CAM ĐOAN
TÓM TẮT
LỜI CẢM ƠN
DANH MỤC

DANH MỤC
DANH MỤC CÁC BẢNG
Số hiệu bảng

Tên bảng

Trang

3.1

Kế hoạch sản xuất trong năm của nhà máy

26

3.2

Hao hụt của từng công đoạn

26

3.3

35

3.4

Tổng kết tính cân bằng vật chất
Bảng thống kê các thiết bị cần sử dụng

3.5

Chọn bơm cho từng công đoạn

67

3.6

Bảng tổng kết tính và chọn thiết bị

69

36


DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ
Số hiệu hình vẽ

Tên hình vẽ

Trang

2.1

Rỉ đường

3

2.2

Tinh bột sắn

5

2.3
3.1

Vi khuẩn Corynebacterium glutamicum
Thùng hòa tan tinh bột

9
15

3.2

Thiết bị thủy phân tinh bột

16

3.3

Thiêt bị ép lọc kiểu phòng

17

3.4

Thiết bị dùng nồi lên men

22

3.5

Thiết bị dùng thiết bị trao đổi dạng cột

22

3.6

Thiết bị thiết bị ly tâm

23

3.7

Thiết bị sấy băng tải

24

3.8

Thiết bị máy đóng bao bì

24

3.9

Acid glutamic

25

3.10

Thùng chứa rỉ đường

37

3.11

Thùng xử lí rỉ đường

39

3.12

Thiết bị lọc khung bản

40

3.13

Cylon chứa tinh bột

43


3.14

Thùng định lượng tinh bột

44

3.15

Thiết bị thủy phân

47

3.16

Thiết bị trung hòa

49

3.17

Thiết bị lọc khung bản

50

3.18

Thiết bị thanh trùng bản mỏng

52

3.19

Thiết bị lên men

55

3.20

Thiết bị trao đổi dạng cột

59

3.21

Thiết bị ly tâm

61

3.22

Thiết bị sấy băng tải

61

3.23

Sàng rung phân loại

62

3.24

Máy đóng gói

63

2.25

Gàu tải

63


-9CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU
1.1. NỘI DUNG VÀ MỤC ĐÍCH ĐỀ TÀI
Nước ta nằm trong vùng khí hậu nhiệt đới gió mùa, với khí hậu trên có nhiều
loại cây phù hợp với điều kiện phát triển và mang lại năng suất cao. Trong đó cây
sắn và cây mía với việc thâm canh và chăm sóc dễ dàng, ít tốn kém về nguyên liệu
và phân bón nhưng mang lại năng suất cao. Cây sắn và cây mía chủ yếu được trồng
ở khu vực miền trung và tây nguyên. Cây sắn và cây mía là những nguyên liệu quan
trọng trong việc sản xuất acid glutamic. Acid glutamic có vai trò quan trọng trong
ngành y học, sinh học và thực phẩm. Đây là nguồn nguyên liệu chủ yếu sản xuất bột
ngọt và một số chất điều vị khác, mục đích của nó là tạo hương vị làm thức ăn thêm
ngon hơn. Với những vai trò đó cho ta thấy được tầm quan trọng cây sắn và cây
mía, với nguồn nguyên liệu dồi dào dễ tìm mà giá lại rẻ.[10]
Dựa vào quy trình và phần thuyết minh để tính toán khối lượng nguyên liệu cần
dùng qua mỗi công đoạn từ số liệu ban đầu đã cho. Từ kết quả trên ta tính cho phần
lựa chon thiết bị, phần này rất quan trọng ví sau khi tính và chọn thiết bị xong ta sẽ
lựa chon thiết bị nào phù hợp với phân xưởng cần thiết kế. Để có thể xây dựng một
phân xưởng cần có các bản vẽ mặt như mạt bằng phân xưởng chính, mặt cắt AA,
mặt cắt BB.
1.2. THỜI GIAN THỰC HIỆN
Nhận đề tài: 29/01/2016
Ngày hoàn thành đề tài: 02/06/2016
1.3. PHẠM VI ĐỀ TÀI.
Tìm hiểu tổng quan về nguyên liệu tinh bột và rỉ đường và các chất bổ sung, từ
đó tìm hiểu về quy trình sản xuất, tính cân bằng vật liệu, tính và chọn thiết bị cho
phân xưởng.


-10CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN VỀ TÀI LIỆU
2.1. GIỚI THIỆU VỀ ACID GLUTAMIC [1], [3], [5]
2.1.1. Khái niệm
Acid glutamic là mộtt axit amin công nghiệp quan trọng có công thức hóa học
là C5H9O4N. [5]
Thuộc loại axit amin có chứa một nhóm amin và 2 nhóm cacbonxylic:
L-AG hòa tan trong H2O tạo dung dịch có tính axit, làm quỳ tím hóa đỏ
Công thức cấu tạo: HOOC – CH2 – CH2 –CH – COOH
|
NH 2
Trong những năm gần đây, việc nghiên cứu axit glutamic (L-AG) được đẩy
mạnh nhất. Càng ngày ta càng sử dụng nhiều L-AG trong việc nâng cao sức khỏe và
điều trị một số bệnh của con người.
Axít L-glutamic (thường gọi là Axít glutamic) là những tinh thể không màu, ít
tan trong nước, etanol, không tan trong ete, axeton. [5]
L-AG có vị ngọt của thịt
+ Trọng lượng phân tử: 137
+ Nhiệt độ phân hủy: 247 ÷ 2490C
+ Thăng hoa: 2000C
+ Độ quậy cực riêng với tia D ở 220 C,310 C
+ Độ tan: tan ít trong H2O [1]
2.1.2 Vai trò của acid glutamic
Trong những năm gần đây, sử dụng nhiều acid glutamic trong việc nâng cao
sức khỏe và điều trị một số bệnh của con người. việc xây dựng protit, xây dựng các
cấu tử của tế bào.
Acid glutamic có thể đảm bảo nhiệm chức năng tổng hợp nên các amino acid
khác như alanin, losin, cystein... nó tham gia vào phản ứng chuyển amin, giúp cho


-11cơ thể tiêu hóa nhóm amin và tách NH 3 ra khỏi cơ thể. Nó chiếm phần lớn thành
phần protit và phần xám của não, đóng vai trò quan trọng trong các biến đổi sinh
hóa ở hệ thần kinh trung ương, vì vậy trong y học còn sử dụng acid glutamic trong
trường hợp suy nhược hệ thần kinh nặng, mỏi mệt, mất trí nhớ, sự đầu độc NH 3 vào
cơ thể, một số bệnh về tim, bệnh teo bắp thịt.. [9]
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.
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 vật. Trong mô acid glutamic tạo
thành từ NH3 và acid α-xetoglutaric. Trong sinh vật đặc biệt là vi sinh vật, acid
glutamic được tổng hợp theo con đường lên men từ nguồn cacbon. [1], [9]
2.2. NGUYÊN LIỆU SẢN XUẤT ACID GLUTAMIC [5]
Nguyên liệu giàu gluxit: tinh bột, rỉ đường, glucoza...
2.2.1. Rỉ đường mía.[5]

Hình 2.1 Rỉ đường [3].
Rỉ đường là phần còn lại của dung dịch đường sau khi đã tách phần đường kết
tinh. Số lượng và chất lượng của rỉ đường phụ thuộc vào giống mía, điều kiện trồng
trọt, hoàn cảnh địa lý và trình độ kỹ thuật chế biến của nhà máy đường.


-12Thành phần chính của rỉ đường là: đường 62%; các chất phi đường 10%; nước
20%.
Nước trong rỉ đường gồm 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% saccaroza; 15 ÷ 25% đường khử
(glucoza và fructoza); 3 ÷ 5% đường không lên men được.
Ở đây do nhiều lần pha loãng và cô đặc một lượng nhất định sacaroza bị biến
thành chất tương tự như dextrin do tác dụng của nhiệt. Chất này có tính khử nhưng
không lên men được và không có khả năng kết tinh.Đường nghịch đảo của rỉ đường
bắt nguồn từ mía và từ sự thủy phân saccaroza trong quá trình chế biến đường. Tốc
độ phân giải tăng lên theo chiều tăng của nhiệt độ và độ giảm hay tăng của pH tùy
theo thủy phân băng kiềm hay axit.
Sự phân giải saccaroza thành glucoza và fructoza vừa là sự mất mát saccaroza
vừa là sự yếu kém về chất lượng bởi vì glucoza và fructoza sẽ biến thành axit hữu
cơ và hợp chât màu dưới điều kiện thích hợp. Trong môi trường kiềm, fructoza có
thể biến thành axit lactic, fufurol, oxymetyl, trioxyglutaric, trioxybutyric, axetic,
formic và CO2. Đường nghịch đảo có thể tác dụng với axit amin, pectit bậc thấp của
dung dịch đường để tạo nên hợp chất màu. Tốc độ tạo melanoidin phụ thuộc vào rỉ
đường rất thấp ở pH = 4,9 và rỉ đường rất cao ở pH = 9. Trong rỉ đường còn có
trisacarit hay polysacarit. Trisacarit gồm có một mol glucoza và 2 mol fructoza.
Polysacarit gồm dextran và levan. Những loại đường này không có trong nước mía
và được các vi sinh vật tạo nên trong quá trình chế biến đường.
2.2.2. Tinh bột sắn.


-13-

Hình 2.2 Tinh bột sắn[3]
Tinh bột sắn được sản xuất trong quá trình chế biến củ sắn. Có hai loại sắn: sắn
đắng và sắn ngọt khác nhau về hàm lượng tinh bột và xyanua. Sắn đắng có nhiều
tinh bột hơn nhưng đồng thời có nhiều xyanhydric, khoảng 200 ÷ 300 mg/kg. Sắn
ngọt có ít xyanhydric (HCN) và được dùng làm lương thực, thực phẩm. Sắn trồng ở
các tỉnh phía bắc chủ yếu là sắn ngọt và tinh bột thu được không có HCN.
Thành phần hoá học của tinh bột sắn phụ thuộc chủ yếu vào trình độ kỹ thuật
chế biến sắn. Tinh bột sắn thường có các thành phần sau:
Tinh bột

: 83 ÷ 88%

Nước

: 10,6 ÷ 14,4%

Xenluloza

: 0,1 ÷ 0.3%

Đạm

: 0,1 ÷ 0,4%

Chất khoáng : 0,1÷ 0,6%
Chất hòa tan

: 0,1 ÷ 1,3%

Tinh bột sắn có kích thước xê dịch trong khoảng khá rộng 5 ÷ 40 µm. Dưới
kính hiển vi ta thấy tinh bột sắn có nhiều hình dạng khác nhau từ hình nón đến hình
bầu dục tương tự tinh bột khoai tây nhưng khác tinh bột ngô và tinh bột gạo ở
những chổ không có hình đa giác.


-14Cũng như các loại tinh bột khác tinh bột sắn gồm các mạch amilopectin và
amiloza, tỉ lệ amilopectin và amiloza là 4: 1. Nhiệt độ hồ hóa của tinh bột sắn nằm
trong khoảng 60 ÷ 800 C.
2.3. CÁC PHƯƠNG PHÁP LÊN MEN ACID GLUTAMIC [3]
Sản xuất acid glutamic bằng phương pháp lên men ngưới ta sử dụng 2 phương
pháp là lên men ( gián đoạn) và lên men trực tiếp.
2.3.1 Phương pháp lên men hai giai đoạn
Nguyên tắc của phương pháp là đầu tiên tạo ra α- Ketoglutaric bằng các kĩ
thuật vi sinh như nuôi cấy vi sinh vật. Sau đó chuyển hóa α- Ketoglutaric thành acid
glutamic nhờ enzim aminotransferase và glutamadehydrogenase.
Giai đoạn chuyển từ α- Ketoglutaric thành acid glutamic có thể sử dụng nhiều
chủng khác nhau như Pseudomonas, Xantonomas. Ervinia, Bacillus,Micrococus.
Với môi trường cho trước cho phép ta tạo ra acid glutamic mà không tích lũy acid
α- Ketoglutaric lượng lớn trong môi trường. [1], [8]
Quá trình chuyển hóa acid glutamic được thực hiện qua 2 kiểu phản ứng sau;
+ chuyển amin:
Acid α- Ketoglutaric + acid amin

L- glutamic + acid xetonic

+ Amin hóa khử
α- Ketoglutaric + NH4 + NADH +H+(NADH+H+)

L- glutamic +

H2O + NADP+(NAD+)
Enzim aminotransferase được lấy từ dịch nuôi cấy các vi khuẩn thối rữa như
Flavobacterium, Achromobacter, Micrococus..
Nhược điểm của phương pháp này là dùng quá nhiều enzim và acid amin làm
nguồn amin cho phản ứng dây chuyền nên ít được dùng trong công nghiệp. [7]


-152.3.2. Phương pháp lên men trực tiếp
Nguyên tắc của phương pháp này là sản xuất L- glutamic ngay trong dịch nuôi
cấy bằng một loại vi sinh vật duy nhất. Các sinh vật này đều có hệ enzim đặc biệt
có thể chuyển tiếp đường và NH3 thành acid glutamic trong môi trường. [8]

• Ưu điểm

+ Sử dụng đường làm nguyên liệu có hiệu suất cao
+ Nguyên liệu sử dụng rẻ tiền, dễ kiếm
+ Nguyên liệu chứa đầy đủ các thành phần dinh dưỡng cho quá trình lên
men [6]

2.4. CÁC SẢN PHẨM CỦA QUÁ TRÌNH LÊN MEN [5]
2.4.1. Sản phẩm chính
Phương trình tổng quát của quá trình tạo acid glutamic từ glucoza hay axetat
và NH3 được biểu diễn như sau:
Glucoza + NH3 + 1,5O2

Acid glutamic + CO2 + 3H2O

Axetat + NH3 +1,5O2

Acid glutamic + CO2 + 3H2O

Sản phẩm chính là acid glutamic và CO 2. Ở đây theo lý thuyết hiệu suất chuyển
hóa glucoza hay axetat thành acid glutamic đều là 81,66% nhưng ngày nay tùy theo
điều kiện sản xuất và phương thức lên men hiệu suất chuyển hóa chỉ là 45-50%
trong sản xuất và 55-57% giống tự nhiên hay 61-62% từ giống đột biết trong nghiên
cứu ở phòng thí nghiệm. [2], [6]
2.4.2. Sản phẩm phụ
a. Acid lactic
Trong điều kiện tối ưu, acid glutamic sinh ra là chủ yếu. Nếu chệch khỏi điều
kiện này thì Corynebacterium glutamicum sẽ tạo axit lactic thay vì tạo axit
glutamic. Có hai lý do cơ bản là quá dư thừa biotin hặc quá ít oxy hòa tan. Đôi khi
sự thay đỏi nhiệt độ đột ngột từ 30-370C cũng dẫn tới việc biến quá trình lên men
acid glutamic thành quá trình lên men acid lactic như đã xảy ra với B.divaricatum.
[5]


-16b. Acid sucxinic: Cũng được tạo ra nhiều khi môi trường thừa biotin hoặc
thiếu oxy hòa tan.. [3], [6]
c. Acid α-xetoglutaric
Mọi qúa trình sinh tổng hợp đều có phản ứng tạo acid glutamic từ αxetoglutaric nhờ xúc tác của hai hệ thống enzim transaminaza và acid glutamicdehyrogenaza. Phản ứng này thực hiện được hoàn toàn khi môi trường có dư NH 4+
và pH từ trung tính đến kiềm yếu. Nếu môi trường thiếu NH 4+ và pH ở phạm vi acid
yếu thì phản ứng trên không thực hiện được và α-xetoglutaric bị tích tụ ngày một
nhiều trong môi trường thay vì acid glutamic. [1]
d. Sản phẩm khác: glutamin, alanin,L- acetylglutamin, aspatic...
2.5. CHỦNG VI SINH VẬT [3]
Các chủng sản xuất axit glutamic thuộc những nhóm phân loại rất khác nhau
như vi khuẩn Streptomyces, nấm men và nấm mốc.
Các chủng Corynebacterrium glutamicum (Micrococcus glutamic) loại vi
khuẩn này đã được nhà vi sinh vật Nhật Bản là Kinosita phát hiện từ năm 1957 do
công ty Kyowa Hakko đưa vào sản xuất. Các chủng quan trọng khác trong công
nghiệp choít nhất 30g/l thuộc các chi Corynebacterium, Brevibacterium,
Microbacterrium, hoặc Athrobacter.
Corynebacterium glutamicum không bị giới hạn bởi nồng độ biotin vì giống
này có khả năng sinh tổng hợp axit glutamic cao và không bị khống chế bởi nồng
độ biotin.
Đặc điểm:Gram(+), que ngắn, không vận động, hình chữ V hoặc song song
từng đôi một, chiều dài từ 0,8-1µm, rộng 1-3µm. Khuẩn lạc dày trọn và nhô lên
khỏi mặt thạch, thuộc vi khuẩn hiếu khí. Sống ở nhiệt độ thích hợp là 30-32 oC trong
48 giờ. [7]


-17-

Hình 2.3 Vi khuẩn Corynebacterium glutamicum[7]
2.6. CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN SỰ HÌNH THÀNH AXIT
GLUTAMIC. [5]
2.6.1 Nguồn cacbon.
Nguồn cacbon cung cấp chẳng những các đơn vị bộ khung cacbon của Axit
glutamic mà còn cung cấp năng lượng cần thiết cho quá trình sinh tổng hợp của
chúng. Có bốn dạng nguồn cacbon đã được dùng để lên men axit glutamic. Đó là
cacbon hydrat, cacbua hydro, cồn và axit hữu cơ. Trong đó cacbon hydrat được
dùng rộng rãi nhất.
Nồng độ cơ chất ảnh hưởng rất lớn đến hiệu suất sinh tổng hợp axit glutamic.
Kinato và các cộng sự đã khảo sát rất kỹ vấn đề này. Các tác giả chỉ ra rằng trong
phạm từ 10 ÷ 21%, nồng độ glucoza càng cao, hiệu suất lên men axit glutamic càng
thấp, hàm lượng axit glutamic nội bào càng cao, hoạt lực các enzim cần cho oxy
hoá glucoza và α-xetoglutaric decacboxylaza càng cao.
2.6.2. Nguồn nitơ.
Cung cấp nitơ cho quá trình lên men axit glutamic là rất quan trọng bởi vì nitơ
cần cho việc tổng hợp protein tế bào và chiếm tới 9,5% trọng lượng phân tử axit
glutamic. Người ta thưòng dùng các loại muối chứa NH 4+ như NH4Cl, (NH4)2SO4,
(NH4)2HPO4, NH4H2PO4, NH4OH hay khí NH3 hoặc urê làm nguồn cung cấp
cacbon.


-182.6.3 Nguồn muối vô cơ khác.
Các ion vô cơ cần ch sinh trưởng và tích luỹaxit glutamic . Sự có mặt của các
ion sau đây là cần thiết: K+, Mg+2, Fe+2, Mn2+, SO4+2, PO4+3. Liều lượng thường được
dùng như sau:
K2HPO4: 0,05 ÷ 0,2%

FeSO4: 0,0005 ÷ 0,01%

KH2PO4: 0,05 ÷ 0,2%

MnSO4: 0,0005 ÷ 0,005%

MgSO4: 0,025 ÷ 0,1%
Trong đó K+, Fe+2 và đặc biệt Mn2+ là quang trọng để thu lượng lớn xit
glutamic. Ion K+ cần cho tích luỹ axit glutamic nhiều hơn là cho sinh trưởng.
2.6.4 Nguồn các chất điều hoà sinh trưởng.
Chất điều hoà sinh trưởng quan trọng bậc nhất trong môi trường lên men axit
glutamic nhờ các giống thiên nhiên 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 thích
hợp nhất cho việc sinh tổng hợp axit glutamic là 2 ÷ 5 μg/l môi trường. Biotin quyết
định sự tăng trưởng tế bào, quyết định cấu trúc màng tế bào, cho phép axit glutamic
thấm ra ngoài môi trường hay không và có vai trò quan trọng trong cơ chế oxy hoá
cơ chất tạo nên axit glutamic.
2.6.5. Ảnh hưởng của pH.
pH tối ưu cho sinh trưởng và tạo axit glutamic của vi khuẩn sinh axit glutamic
là trung tính hoặc kiềm yếu ở pH = 6,7÷8. Trong suốt quá trình lên men môi trường
luôn có xu hướng trở nên axit do sự hình thành axit glutamic và các axit hữu cơ
khác gây nên. Do đó liên tục bổ sung NH +4 để thực hiện hai chức năng cơ bản là
điều chỉnh pH và cung cấp NH 3 cho việc tổng hợp phân tử axit glutamic . Nguồn
NH4+ sử dụng phổ biến là: urê, nước NH3, khí NH3, NH4Cl,...
2.6.6. Ảnh hưởng của nhiệt độ.
Nhiệt độ thích hợp nhất cho quá trình lên men là 26 ÷ 37 0C, trong thực tế lên
men giai đoạn đầu ở 30 ÷ 32 0C và giai đoạn cuối là 36 ÷ 37 0C.


-192.6.7. Ảnh hưởng của sự cung cấp oxy và khuấy trộn.
Sự cung cấp oxy và khuấy trong khi lên men có ý nghĩa vô cùng quan trọng. Nó
nhằm hai mục đích: Thứ nhất duy trì nồng độ oxy hoà tan ở mức trên giá trị tới hạn;
Thứ hai khống chế nồng độ CO2 ảnh hưởng rất lớn tới sinh trưởng và tích luỹ axit
glutamic của vi khuẩn.

CHƯƠNG 3: PHƯƠNG PHÁP LUẬN
3.1. QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ
Rỉ đường
H2SO4
pH = 4

Xử lý

Đun 1251300C

Lọc

t=7h

Tinh bột

Hòa nước
Thủy

HCL


-20Trung
hòa
Ép lọc

Pha loãng
(13-14%)

Pha chế dịch lên men
Thanh trùng
(1100C, 10
phút)
Làm nguội

Giống gốc

Nhân giống
cấp I

Lên men
pH=8

Nhân
giống cấp

Pha loãng
Bình trao đổi ion
pH=8
Kết tinh
Sấy
Tinh thể acid glutamic
Bao gói
Bảo quản
3.1.1. Thuyết minh quy trình công nghệ
3.1.1.1. Xử lý nguyên liệu rỉ đường

 Nguyên liệu rỉ đường [8]

Na2CO3,
than hoạt
tính
K2HPO4 0,15%
MgSO4 0,075%
MnSO4 2%
Ure 2,2%
Cao ngô 0,5%
Ure 1,8%
Dầu lạc


-21Rỉ đường mía là phần còn lại của dung dịch đường sau khi đã tách phần đường
kính kết tinh. Hàm lượng đường trong mật mía là:
+ Đường tổng số

: 62%

+ Ca2+

: 0,3 – 1,2%

+ K+

: 2,0 – 4,0%

+ Độ màu (đo ở bước sóng 400nm, pha loãng 250 lần): 0,3 – 1,3
+ Hàm lượng chất khô tổng số: 60 – 80
a. Xử lý rỉ đường
Mục đích chính của xử lý là loại bỏ các tạp chất không mong muốn và các vi
sinh vật tạp nhiễm, thuỷ phân dịch đường thành các đường đơn.
Quá trình xử lý này còn nhằm loại canxi (Decalcium), iôn canxi làm ảnh hưởng
đến quá trình kết tinh glutamic. Trong rỉ mật có chứa nhiều canxi- đây là kim loại
có ảnh hưởng đến quá trình lên men và kết tinh axit glutamic, mục đích của giai
đoạn này là loại canxi khỏi rỉ mật. Ngoài ra H 2SO4 được sử dụng để loại canxi còn
có vai trò thủy phân đường sacaroza trong rỉ mật thành glucoza- nguồn dinh dưỡng
cho vi sinh vật sử dụng.
Sơ đồ phản ứng:
C12H22O11 + H2O

H2SO4

C6H12O6

+

GlucozaFructoza
Ca2+ + SO42-

CaSO4

Điều kiện của thủy phân là:
+ Nhiệt độ: 50oC
+ Thời gian: 7h
+ pH = 5,5; điều chỉnh bằng H2SO4 [5]
b. Lọc

C6H12O6


-22Sau thời gian lưu khoảng 60h để tinh thể CaSO 4 có kích thước lớn, đem ly tâm
hỗn hợp sau xử lý để phân tách hai thành phần: Phần lỏng được đưa vào bồn để
thực hiện tiếp quá trình xử lý trước khi tiến hành lên men, phần rắn gồm CaSO 4,
K2SO4, CaK2(SO4)2 tiếp tục lọc lần hai để thu dịch lỏng còn phần rắn được cung cấp
cho nhà máy phân bón.
Mục đích của lọc là loại bỏ kết tủa và các chất cặn lắng.
Sau khi rỉ đường được xử lý và lọc cần pha loãng dịch đường đến nồng độ 1314%. Sau đó mới tiến hành pha chế để lên men.
c. Pha chế
Nhằm pha loãng rỉ đường đến nồng độ cho phép mà vi sinh vật có thể sử dụng
được. Pha loãng đến nồng độ 13-14%. [10]
3.1.1.2. Nguyên liệu tinh bột
Thành phần của tinh bột sắn:
+ Tinh bột 83-88%

[5]

+ Nước 10,6-14,4%
+ Đạm 0,1-0,4%
+ Chất khoáng 0,1-0,6%
+ Chất hòa tan 0,1-1,3%
Sử dụng Cyclon để chứa tinh bột
a. Hòa tan
Mục đích: Nhằm làm trương nở các hạt tinh bột nhằm dễ dàng cho quá trình
thủy phân.
Cách thực hiện: cho nguyên liệu vào thùng dẫn nước vào, sau đó bật động cơ
tronng thùng có cánh khuấy, nguyên liệu được trộn lẫn vào nhau, ta thu được một
hện đồng nhất. [5], [10]


-23-

Hình 3.1 Thùng hòa tan tinh bột [10].
b. Thủy phân
Mục đích: là chuyển toàn bộ tinh bột thành đường làm moi trường dinh dưỡng
cho vi sinh vật. Đường ở đây chủ yếu là glucoza.
Tiến hành: cho HCL vào thủy phân (C6H10O5)n + n H2O

HCL

nC6H12O11, tỷ lệ

bột rắn-nước-acid=100-350-165.Hỗn hợp được khuấy đều. Nâng nhiệt lên 138 0C
trong thời gian 20 phút. Sử dụng thiết bị thủy phân.


-24-

Hình 3.2 Thiết bị thủy phân tinh bột. [6]
c. Trung hòa
Mục đích: Nhằm trung hòa lượng acid dư và diều chỉnh pH của dịch thủy phân
để đạt pH=4,8. Cho than hoạt tính vào để tẩy màu và giúp cho quá trình dễ dàng
hơn.
Thiết bị : Dùng thiết bị trung hòa
Tiến hành: Dùng NaCO3 trung hòa
2HCL+ NaCO3

NaCL+ CO2 + H2O. [6]

d. Ép lọc
Mục đích: Tách các phần bã và các chất không hòa tan được trong dung dịch
đường glucoza 16-18%.
Tiến hành: cho nguyên liệu vào ép cho nguyên liệu đi từ khung bản này đến
khung bản khác, giữa mỗi khung bản có tấm vải nhằm giữ lại phần bã và các tạp
chất khác, ta sẻ thu được dung dịch trong suốt sau cùng.


-25-

Hình 3.3 Thiêt bị ép lọc kiểu phòng. [13]
3.1.1.3. Pha chế dịch lên men [6]
Mục đích: Tạo ra hỗn hợp môi trường cho vi sinh vật sử dụng trong quá trình
lên men tạo sinh khối.
Tiến hành: Phối trộn giữa dịch thuỷ phân tinh bột và dịch rỉ đường đã pha
loãng. Ngoài ra còn bổ sung thêm các chất sau:[7]
+ KH2PO4

: 0,15%

+ MgSO4

: 0,075%

+ MnSO4

: 0,005%

+ FeSO4

: 0,01%

+ Điều chỉnh pH đến :6,8
Dùng các cyclon chứa để tiến hành pha chế dịch lên men.
3.1.1.4. Thanh trùng và làm nguội
Mục đích: Thanh trùng nhằm tiêu diệt các vi sinh vật gây hại trong môi trường
dinh dưỡng trước khi lên men và làm nguội để hạ nhiệt độ môi trường xuống nhiệt
độ thích hợp với vi sinh vật để lên men.
Thanh trùng: Dịch được bơm ngược chiều với hơi nước, để tạo ra quá trình trao
đổi nhiệt.Thanh trùng ở 1150C trong thời gian 20phút rồi được làm nguội nhiệt độ
÷

của dịch lên men xuống 30 320C. [5], [8]


x

Tài liệu bạn tìm kiếm đã sẵn sàng tải về

Tải bản đầy đủ ngay

×