Tải bản đầy đủ
CHƯƠNG 3. CHỌN VÀ THUYẾT MINH DÂY CHUYỀN CÔNG NGHỆ

CHƯƠNG 3. CHỌN VÀ THUYẾT MINH DÂY CHUYỀN CÔNG NGHỆ

Tải bản đầy đủ

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
3.1. Quy trình sản xuất acid glutamic từ tinh bột sắn
Qua tham khảo quy trình sản xuất bột ngọt của công ty Ajinomoto, sách công
nghệ sản xuất mì chính của GS.TS Nguyễn Thị Hiền, PGS.TS Trương Thị Minh Hạnh,
cùng một số tài liệu liên quan, tôi xin đưa ra quy trình sản xuất acid glutamic:
Tinh bột sắn

Rỉ đường mía

Hòa tan
Bx = 33-44%

Xử lý rỉ đường
(50 – 60oC, 40 – 60h,
pH=2,2-3,5)

H2SO4

Lọc cặn bã
Dịch hóa
( pH 5,5-7
90-110oC, 40 phút)

Ly tâm

Pha loãng dịch đường
Làm nguội
( 60-620C)

Thanh trùng, làm nguội
(125oC, 15phút)

Đường hóa
( pH 4,2-4,5
60-62oC, 70h)

Biotin
Khoáng
Giống

Nhân giống 1
Nhân giống 2

Nhân giống 3

Pha chế dịch
( pH 6,7-6,9)

Tiệt trùng, làm nguội
( T1 = 120oC, 15 phút
T2 = 28-30oC)

Lên men
( Urê 1,8%, dầu lạc 0,1%
Bx= 10%, pH= 6,7-8
T= 32oC, 40 giờ
O2= 40-90 mg/lit.phút)

Trang 17



ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

Lọc trong

Cô đặc chân không
( T= 70oC, Pck= 600mmHg
Phơi ≤ 1kg/cm2, Bx=30%)

Tẩy màu

Kết tinh
( pH= 3,22; 50 giờ)

Than hoạt tính
HCl

Mầm tinh thể

Ly tâm

Sản phẩm

Hình 3. 1. Sơ đồ dây chuyền công nghệ sản xuất acid glutamic

Trang 18

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
3.2. Thuyết minh dây chuyền công nghệ
3.2.1. Xử lý rỉ đường
Mục đích: Trong rỉ đường chứa lượng các tạp chất, nhất là canxi, các vi sinh vật
tạp nhiễm. Do đó cần phải thải loại chúng trước khi đưa vào sản xuất. Ngày nay,
người ta thường dùng acid H2SO4 để tiến hành quá trình thủy phân, đồng thời làm
kết tủa ion canxi.
Dưới tác dụng của ion canxi, xảy ra các quá trình sau:
C12H22O11

+

H2 O

2C6H12O6

Ca2+

+

SO2-

CaSO4

Với pH 2,2 – 3,5, to = 50 – 60oC, trong khoảng thời gian 40 – 60h.
Thiết bị: Sử dụng thiết bị thủy phân hình trụ, làm bằng thép không gỉ.
3.2.2. Ly tâm dịch đường từ rỉ đường
Mục đích: Tách dung dịch sau khi thủy phân ra làm hai phần: Phần lỏng và phần
rắn. Phần lỏng gồm glucoza, fructoza được đưa đi pha loãng, thanh trùng để
chuyển vào quá trình lên men. Phần rắn gồm CaSO 4, K2SO4, CaK2(SO4) được chuyển
đi ly tâm lần 2. Sau ly tâm lần 2, pha lỏng chuyển vào thùng đựng dịch lên men.
Phần rắn được loại bỏ.
Thiết bị: Sử dụng máy ly tâm nằm ngang.
3.2.3. Pha loãng dịch đường sau ly tâm
Mục đích: Dịch đường sau ly tâm rỉ đường được dùng để bổ sung vào quá trình lên
men nên cần được pha loãng đến nồng độ 10%. Tổng lượng dung dịch đường bổ
sung bằng 40% tổng lượng dịch đem lên men.
Thiết bị: Sử dụng thiết bị bằng thép, bên trong có cánh khuấy.
3.2.4. Hòa tan tinh bột sắn
Mục đích: Nhằm làm trương nở các hạt tinh bột, tạo điều kiện thuận lợi dễ dàng
cho quá trình thủy phân.
Thông số kỹ thuật:
Sử dụng nước nóng: to = 52 – 59oC
Nồng độ tinh bột hòa tan khoảng 33 – 40% [Tài liệu Ajinomoto].
Thiết bị:
Thiết bị hòa tan được chế tạo bằng thép không gỉ, thân hình trụ, đáy và nắp hình
chỏm cầu, bên trong có cánh khuấy.
Trang 19

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
3.2.5. Lọc cặn bã
Mục đích: Nhằm làm sạch tinh bột trước khi đưa vào thủy phân.
Thiết bị: Sử dụng thùng lọc hình trụ, thép không gỉ, phía trên có màng lọc thép.
Dung dịch tinh bột được chảy qua màng lọc bằng kim loại đặt trong thùng lọc.
3.2.6. Dịch hóa tinh bột
Mục đích: Chuyển hệ huyền phù các hạt tinh bột thành dạng dung dịch hòa tan
chưa các dextrin có chiều dài mạch ngắn hơn.
(C6H10O5)n
(C6H12O5)a + (C6H12O5)b
Trong đó: a + b = n
Thông số kỹ thuật:
Sử dụng enzyme α - amylase bền nhiệt. Qúa trình dịch hóa bằng enzyme α - amylase
được tiến hành ở nhiệt độ 95 – 1100C, pH 5,9 – 6,1, thời gian 40 phút. Tên chế phẩm
enzyme α - amylase được sử dụng là Termamyl 120L của hãng Novo – Đan Mạch.
Thiết bị: Tiến hành dịch hóa trong các nồi phản ứng 2 vỏ, làm bằng thép không gỉ,
thân hình trụ.
Đặc điểm:
Nồi nấu inox 2 vỏ sử dụng điện hoặc hơi để trao đổi nhiệt, giúp cải thiện chất
lượng sản phẩm, tiết kiệm lao động.
Thiết bị làm việc ở áp suất thường, hơi nóng đi giữa hai lớp vỏ để tiến hành
trao đổi nhiệt. Sau khi nguyên liệu đạt yêu cầu thì sử dụng tay quay đổ nguyên liệu
ra.
3.2.7. Làm nguội
Mục đích: Dịch tinh bột sau khi dịch hóa có nhiệt độ khoảng 95 – 110 0C, do đó phải
làm nguội để nhiệt độ tinh bột giảm xuống vào khoảng 60 – 62 0C thích hợp cho quá
trình đường hóa tiếp theo.
Thông số kỹ thuật: Nhiệt độ làm nguội là 60 – 62 0C. Sử dụng nước làm lạnh để
trao đổi nhiệt.
Thiết bị: Để làm nguội, ta sử dụng thiết bị trao đổi nhiệt (BR0.23). Tên thiết bị: Plate
type hear exchanger (BR0.23).
3.2.8. Đường hóa tinh bột
Mục đích: Nhằm chuyển dịch dextrose thành đường glucose – nguồn dinh dưỡng
mà vi sinh vật lên men có thể sử dụng được.
Trong giai đonạ đường hóa, dịch thu được sau quá trình dịch được tiếp tục thủy
phân tới glucoza.
Trang 20

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Thông số kỹ thuật:
Để quá trình đường hóa xảy ra hoàn toàn. Người ta sử dụng enzyme γ amylase. Để bổ sung enzyme y-amylase người ta sử dụng chế phẩm enzyme
Dextrozazyme GA.
Qúa trình tiến hành ở điều kiện: pH 4,2 – 4,5, nhiệt độ 60 – 62 0C, thời gian 70h [Tài
liệu công ty Ajinomoto].
Thiết bị: Sử dụng thiết bị như thiết bị dịch hóa.
3.2.9. Pha chế dịch lên men
Mục đích: Phối trộn giữa dịch tinh bột đã đường hóa và các chất khoáng vào tạo
ra môi trường thích hợp thuận lợi cho vi sinh vật Corynebacterium Glutamicum lên
men tạo sinh khối sau này.
Thông số kỹ thuật:
pH được điều chỉnh đến 6,7 – 6,9. Dịch pha chế có nồng độ đường Bx = 8 –
25%. Ta chọn dịch pha chế nồng độ 10%.
Nồng độ hóa chất sử dụng [Đỗ Văn Đài, Nguyễn Trọng Khuông, Trần Quang
Thao, Võ Thị Ngọc Tươi, Trần Xoa, Cơ sở quá trình và thiết bị công nghệ hóa học,
tập 2, NXB Đại học và Trung học chuyên nghiệp, tr98]:
Hóa chất
Nồng độ bổ sung(%)
K2HPO4
0,15
MgSO4
0,075
MnSO4
0,005
FeSO4
0,01
Thiết bị: Sử dụng thiết bị pha chế thân hình trụ, đáy và nắp hình cầu làm bằng
thép không gỉ, giống thiết bị hòa tan tinh bột nhưng khác về kích thước.
3.2.10. Thanh trùng, làm nguội
Mục đích:
Thanh trùng nhằm tiêu diệt các vi sinh vật gây hại trong môi trường dinh
dưỡng trước khi lên men.
Làm nguội nhằm hạ nhiệt độ môi trường xuống nhiệt độ thích hợp với vi sinh
vật để lên men.
Thông số kỹ thuật: Nhiệt độ thanh trùng 1200C, trong thời gian 15 phút. Nhiệt độ
làm nguội 28 – 300C.
Thiết bị: Sử dụng thiết bị thanh trùng bản mỏng. Thiết bị gồm những bản mỏng
ghép lại với nhau, trên tấm bản có rãnh để dịch trao đổi nhiệt với tác nhân truyền
nhiệt. . Qúa trình thanh trùng và làm nguội được thực hiện trong cùng 1 thiết bị.
Trang 21

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
3.2.11. Nhân giống
Mục đích: Tạo ra đủ số lượng giống cần thiết cho quá trình lên men.
Giống sử dụng là Corynebacterium Glutamicum VN 3969 của Trung Quốc. Lượng sử
dụng là 105 – 110g/l, không bị giới hạn bởi nồng độ biotin vì giống này có khả
năng sinh tổng hợp acid glutamic cao và không bị khống chế bởi nồng độ biotin.
Qúa trình nhân giống được thực hiện qua các bước:
Giống gốc Corynebacterium Glutamicum tiến hành nhân giống trong phòng
thí nghiệm của nhà máy, đem thử nghiệm đạt yêu cầu thì tiến hành nhân giống cấp
I, cấp II. Kiểm tra kỹ trước khi đem nhân giống sản xuất.
Tại phòng thí nghiêm, giống gốc được cấy chuyền sang các ống thạch
nghiêng rồi tiến hành cấy vào các bình tam giác rồi đi lên men trên máy lắc.
Thông số kỹ thuật: Qua tài liệu tham khảo [8], môi trường nhân giống thích hợp:
Môi trường thạch nghiêng: Pepton 1%, cao thịt bò 1%, NaCl tinh chế 0,5%,
thạch 2%.
Môi trường nhân giống cấp I: Đường glucoza tinh khiết 2,5%, rỉ đường
0,25%, nước chấm 0,32%, MgSO4.7H2O 0,004%, Fe, Mn ( đã pha 2000g/l) 0,002%,
Ure 0,5%, B1 ( đã pha 150g/l) 0,00015%.
Môi trường nhân giống cấp II: Ví dụ ứng với thể tích thiết bị lên men 60l:
Đường glucoza 2000g, MgSO4 24g, H3PO4 60g, KOH, pH = 9, nước chấm 300ml, rỉ
đường 600g, Ure 480g, dầu lạc 60ml, B1 20mg.
Chuẩn bị môi trường: Các chất được hòa trộn cùng với nước đạt nồng độ dịch
đường là 10%, sau đó thanh trùng ở 120 oC trong thời gian 30 phút. Sau đó làm
nguội xuống còn 32oC và tiến hành lên men.
Tiến hành:
Qúa trình nuôi giống khống chế ở nhiệt độ 32 oC, áp suất 1kg/cm3, cho tiếp ure và
dầu lạc như quá trình lên men chính, lượng không khí cho vào khoảng: 850 –
1100//h, kiểm tra pH 1 giờ 1 lần hoặc lượng không khí tăng dần tính từ giống nhỉ
sang lên men chính theo tỷ lệ 1,0 – 0,25 – 0,5l/l.ph ( lít không khí/lít môi trường/1
phút). Đến giờ thứ 8 hoặc 9 là dùng được. Nồng độ là 10g/lít.
Thiết bị: Bồn nhân giống làm bằng thép không gỉ thân hình trụ có đáy và nắp hình
chỏm cầu giống thiết bị hòa tan tinh bột nhưng khác về kích thước.
3.2.12. Lên men
Mục đích: Chuyển hóa đường và đạm thành acid glutamic.
Thông số kỹ thuật:
Nồng độ đường ban đầu: Bx = 10%.
Trang 22

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Nhiệt độ luôn giữ ở 32 0C. Giai đoạn đầu nhiệt độ khoảng 30 – 32 0C, giai đoạn
sau tăng lên 36 – 370C.
Lượng oxy cung cấp: 40 – 90 mg/lít.phút. Nếu thừa oxy thì sản phẩm chủ yếu
là α - xetoglutarat, còn nếu thiếu oxy thì sản phẩm chủ yếu là acid lactic.
Cánh khuấy hai tầng: v = 450 vòng/phút.
pH = 6,7 – 8. Qúa trình lên men pH thay đổi do có sự tạo thành acid hữu cơ
nên ta điều chỉnh pH bằng các muối amoni, NH 3 để cung cấp Nito.
Biotin: Ngày nay người ta sử dụng chủng vi sinh vật không phụ thuộc vào
hàm lượng biotin, vì vậy hàm lượng biotin không còn ảnh hưởng đến sự lên men.
Thời gian lên men là 38 – 40h, chọn 40h [11].
Trong quá trình lên men, đường được bổ sung liên tục tới cuối giai đoạn
giữa. Khi bọt nhiều phải tiếp giống để phá bọt tạo điều kiện để CO 2 thoát ra.
Xử lý bọt: Trong quá trình lên men, do hoạt động các chất lên men vi khuẩn thải ra
nhiều CO2 tạo ra nhiều bọt, vì vậy cần phải dùng một lượng dầu thích hợp để phá
bọt. Ta dùng dầu lạc thô để phá bọt [6, Tr10].
Thiết bị: Quá trình lên men được thực hiện trong thiết bị lên men JRFG.
3.2.13. Lọc dịch sau lên men
Mục đích: Tách bã và xác men ra khỏi dịch có chứa acid glutamic.
Thiết bị: Sử dụng thiết bị lọc khung bản.
Đặc điểm:
Thiết bị làm bằng chất chống ăn mòn thép không gỉ, để lọc dịch có các giá trị
pH khác nhau, ứng dụng của thiết bị lọc áp lực hạn chế, ít hao mòn, chất lượng tốt,
lọc hiệu quả. Bao gồm các tấm bộ lọc, bộ lọc khu vực, một lưu thông lớn, và có thể
được lọc theo giải pháp của quá trình sản xuất khác nhau theo yêu cầu và lưu
lượng sản xuất dựa trên nguời dùng. Số lượng tấm có thể thay đổi được sao cho
phù hợp với yêu cầu sản xuất, vì vậy thiết bị này rất linh hoạt trong sản xuất. Thiết
bị có các tấm lọc hình phẳng, kết cấu tiên tiến, biến dạng, dễ dàng làm sạch hiệu
quả có thể tăng tuổi thọ của màng tế bào, làm giảm chi phí sản xuất.
3.2.14. Cô đặc
Mục đích: Nhằm làm tăng nồng độ của dịch acid glutamic trước khi kết tinh.
Thông số kỹ thuật:

Trang 23

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Vì dịch sau lên men có nồng độ acid glutamic khoảng 17%, ta đưa vào hệ
thống cô đặc chân không để tạo dung dịch acid glutamic có nồng độ khoảng 30%.
Nhiệt độ cô đặc chân không là 70oC [6, Tr12].
Thiết bị: Sử dụng thiết bị cô đặc chân không. Thông số kỹ thuật của thiết bị có thể
thay đổi được theo yêu cầu.
Đặc điểm: Thiết bị bao gồm có 2 phần chính là buồng bốc hơi và buồng đốt liên hệ
với nhau bởi ống nối. Dịch đi vào buồng đốt được đun sôi tạo thành hỗn hợp hơi –
lỏng đi vào phòng bốc. Dung dịch đỉa ở phần dưới của phòng bốc. Thiết bị này đễ
dàng vận hành, dễ vệ sinh, hình đẹp, gương, đánh bóng nội bộ, màu sắc mờ bề mặt
bên ngoài của cán nguôi, phù hợp với yêu cầu vệ sinh thực phẩm của y học, các tiêu
chuẩn GMP.
3.2.15. Tẩy màu
Mục đích: Dùng than hoạt tính để hấp thụ những chất màu, tạp chất được sinh ra
trong quá trình lên men.
Thiết bị: Sử dụng thiết bị tẩy màu có cột than hoạt tính cố định và cho dung dịch
cần tẩy đi qua cột.
3.2.16. Kết tinh
Mục đích:
Tách lấy acid glutamic ra khỏi dịch lên men.
Có rất nhiều phương pháp kết tình acid glutamic: Phương pháp điểm đẳng
điện, phương pháp dùng dung môi hữu cơ, phương pháp hydroclorit của acid
glutamic, phương pháp trao đổi ion, phương pháp điểm đẳng điện.
Chọn phương pháp kết tinh bằng điểm đẳng điện vì phương pháp này đơn
giản, dễ thực hiện, đang được áp dụng nhiều. Bằng cách đưa pH dung dịch về điểm
đẳng điện của acid glutamic tạo điều kiện cho quá trình làm lạnh và kết tinh.
Tiến hành: Toàn bộ dung dịch acid glutamic thu được trên được đưa về thùng kết
tinh. Cho cánh khuấy hoạt động liên tục để ngăn ngừa acid glutamic kết tủa quá
sớm, kết tinh nhỏ và hiệu quả thấp. Cho HCl 37% vào để tạo điểm đẳng điện ở pH =
3,22 thì thôi và bắt làm lạnh.

Trang 24

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Dịch acid glutamic sau khi đạt pH đẳng điện thì cho nước lạnh khoảng 5 oC
vào vỏ thùng và làm lạnh. Trong quá trình này, cánh khuấy hoạt động liên tục làm
cho acid glutamic kết tinh xốp và tơi, sau ít nhất 48h thì quá trình kết tinh kết thúc.
Chọn thời gian kết tinh là 50h [8, Tr128].
Thiết bị: Sử dụng thiết bị kết tinh 2 vỏ.
3.2.17. Ly tâm
Mục đích: Tách pha rắn và pha lỏng sau khi kết tinh nhằm tạo điều kiện thuận lợi
cho quá trình sấy.
Pha rắn: gồm acid glutamic đã kết tinh và lắng xuống, thu được acid glutamic ẩm.
Pha lỏng: gồm nước và một ít acid glutamic không kết tinh hòa tan vào, ta gọi đó là
nước cái. Phần nước cái đưa đi kết tinh lại.
Thiết bị: Dùng máy ly tâm lọc SGZ1250 do Trung Quốc sản xuất.
3.2.18. Rửa, ép lọc
Mục đích: Tinh thể sau khi ly tâm còn ẩm và có bám màu nâu nên cần được làm
sạch bằng quá trình ép lọc.
Thiết bị: Sử dụng thiết bị ép lọc DY-3000 [].
3.2.19 Sấy, làm nguội
Mục đích:
Acid glutamic hút ẩm rất nhanh nên sau khi ly tâm phải sấy ngay. Đồng thời để làm
bóng hạt acid glutamic và tạo điều kiện thuận lợi cho quá trình sau.
Thông số kỹ thuật:
Độ ẩm acid glutamic sau khi sấy: 0,5 – 1% [6, Tr12].
Thời gian sấy mất khoảng 2h [8. Tr 131].
Thiết bị: Sử dụng máy sấy vi sóng diệt khuẩn dạng băng tải.
Nguyên lí làm việc:
Sử dụng vi sóng sản xuất bởi bộ sản sinh sóng để thực hiện làm nóng nguyên
liệu cần sấy và tác động vào nguyên tử nước trong nguyên liệu hoặc dung môi, do
đó có thể nhận năng lượng và biến nó thành nhiệt và bay hơi để đạt mục đích sấy
nguyên liệu và diệt khuẩn.
Đặc điểm:
Trang 25

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
-

Tốc độ gia nhiệt nhanh, đồng đều.
Tiết kiệm năng lượng, hiệu quả cao.
Dễ điều khiển, linh hoạt và thao tác thuận tiện.
Không bay bụi. Dễ vệ sinh.
Nguyên liệu thu hồi cao.
3.2.20. Phân loại, đóng gói
Mục đích: Acid glutamic sau khi làm nguội được đưa vào thiết bị phân loại rồi vào
thiết bị đóng gói để phân riêng các hạt có kích thước giống nhau thuận lợi cho quá
trình phân phối và bảo quản sản phẩm sau này.
Máy đóng gói trong các túi từ 50 – 1000g, tạo điều kiện thuận lợi cho quá trình bảo
quản vận chuyển và sử dụng.
Thiết bị:

Hình 3.6. Thiết bị phân loại []

Hình 3.7. Thiết bị đóng gói []
Đặc điểm thiết bị đóng gói:
-

Dùng điều khiển biến tần PLC, OMRON Nhật Bản, màn hình hiển thị tiếng Anh, tự
động hóa cao, thao tác dễ dàng.
Trang 26

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
-

Hệ thống tạo túi có mắt thần định vị điểm màu, tạo túi chính các, tốc độ cao, vận

-

hành ổn định, tiếng ồn thấp.
Tự động hoàn thành quy trình. Tạo túi – định lượng – đổ liệu – hàn – cắt – in date.
Vỏ máy hoàn toàn chế tạo bằng inox, hình dáng đẹp.
Định lượng cân điện tử chính xác , độ sai lệch 2%. Đầu cân định lượng tháo ra vệ

-

sinh dễ dàng.
Sản phẩm đóng gói không bị vỡ, nát.

Trang 27