ĐACN 2 GVHD: TS. Đặng Đức Long
Mục lục
Lời mở đầu
Công nghệ sinh học là nền tảng của nên kinh tế tri thức, thu hút nhiều nhà khoa
học tập trung nghiên cứu trong nhiều lĩnh vực như: công nghệ tế bào, công nghệ
enzyme và protein, công nghệ vi sinh vật, công nghệ lên men, công nghệ môi
trường, …
Ngành công nghệ enzyme được phát triển mạnh từ những năm 1960, nhờ ứng
dụng công nghệ lên men vi sinh vật và gần đây hơn là nhờ thành tựu của công
nghệ di truyền. Ngày nay, việc khai thác và sử dụng enzyme không còn là quá
trình thủ công, mang tính chất truyền thống mà đã phát triển thành một ngành
công nghiệp với những kỹ thuật hoàn chỉnh và đem lại lợi nhuận không nhỏ. Năm
1980, chế phẩm amylase được sản xuất được sản xuất đến 320 tấn. Năm 1984-
1990, người ta đã tiêu tốn 15-20 triệu USD cho nhu cầu sử dụng enzyme này. (2)
Nước ta là nước có khí hậu nhiệt đới nóng ẩm, rất thuận lợi cho sự phát triển
của vi sinh vật. Đó là lợi thế giúp cho ngành công nghiệp sản xuất enzyme phát
triển mạnh mẽ. Chế phẩm enzyme amylase của nấm mốc có vai trò đặc biệt quan
trọng đối với rượu cồn, thực phẩm lên men, công nghiệp dệt, sản xuất thức ăn gia
súc và cả trong y học.
SVTH: Trang 1
ĐACN 2 GVHD: TS. Đặng Đức Long
Chính vì vậy tôi chọn đề tài: Thiết kế nhà máy sản xuất enzyme amylase từ vi
sinh vật Asp.nigerbằng phương pháp lên men bề mặt, công suất 5000 tấn/năm
vớiđộ đậm đặc tăng gấp 10 lần so với sản phẩm lên men thô.
SVTH: Trang 2
ĐACN 2 GVHD: TS. Đặng Đức Long
Chương 1
TỔNG QUAN TÀI LIỆU
1.1. Giới thiệu về enzyme amylase
1.1.1. Enzyme amylase:
Amylase là một hệ enzyme rất phổ biến trong giới sinh vật, xúc tác thủy phân

1.1.1.2. β- amylase:
 Cấu trúc phân tử β-amylase
β- amylase hiện diện phổ biến ở thực vật, đặc biệt là hạt nảy mầm. β-
amylase xúc tác sự thủy phân các liên kết α- 1,4- glucan trong tinh bột, glucogen
SVTH: Trang 4
ĐACN 2 GVHD: TS. Đặng Đức Long
và polysaccharide, phân cắt từng nhóm maltose từ đầu không khử của mạch.
Maltose có cấu hình β vì thế enzyme này được gọi là enzyme β- amylase.
Tác dụng của β- amylase lên hồ tinh bột có thể biểu diễn bằng sơ đồ sau:
Tinh bột >maltose (54-58%) + β- dextrin (42-46%)
β- amylase là một abumin, trung tâm xác tác chứa nhóm –SH, nhóm X-
COOH và vòng imidazol của các gốc histindine.
β- amylase không bền khi có Ca2+. β- amylase bị kìm hãm bởi Cu2+, Hg2+ ,
urea, iodine, ozon,…
β- amylase chịu nhiệt kém hơn α-amylase nhưng bền với acid.
Nhiệt độ tối thích của β- amylase là 55ºC, nó bị bất hoạt ở 70ºC.
pH tối thích 5.1-5.5.
1.1.1.3. γ- amylase (glucoamylase):
 Cấu trúc phân tử glucoamylase
γ- amylase chủ yếu được tạo ra bởi các vi sinh vật. Đặc biệt là kiểu nấm mốc
Aspergillus, Penicillum, Rhizopus.
γ- amylase từ phân tử nấm mốc là các protein có khối lượng phân tử dao
động rất lớn từ 27.000 đến 112.000Dal.
SVTH: Trang 5
ĐACN 2 GVHD: TS. Đặng Đức Long
γ- amylase có thể giải phóng ra β-D-glucose bằng cách thủy phân lặp lại
nhiều lần các liên kết α-1,4 của mạch α-glucan từ đầu không khử, chúng cũng thủy
phân được các liên kết α-1,5 và α-1,3 nhưng rất chậm.
γ- amylase có thủy phân hoàn toàn tinh bột, glucogen, amylopectin, dextrin,
panose, isomaltose và maltose thành glucose mà không cần có sự tham gia của các

1.1.2. Ứng dụng (2)
1.1.2.1. Trong công nghiệp sản xuất rượu bia:
Trong công nghệ sản xuất bia truyền thống, các nước phương Tây chủ yếu sử
dụng amylase từ malt để thủy phân tinh bột ở giai đoạn đường hóa. Như vậy cần
rất nhiều mầm đại mạch để sản xuất bia ở quy mô lớn, dẫn đến chi phí cao cho sản
xuất và giá thành sản phẩm. Để khắc phục điều này, các nhà sản xuất sử dụng chế
phẩm enzyme amylase thay thế một phần malt. Nhờ vậy, giá thành của sản phẩm
được giảm trong khi đó sản phẩm vẫn giữ được đặc trưng của bia.
Trong công nghiệp sản xuất rượu từ nguồn nguyên liệu tinh bột, mỗi nước sử
dụng một nguồn nguyên liệu khác nhau. Ở Mỹ, người ta sử dụng nguyên liệu từ
bột ngô để sản xuất cồn, còn ở Brazin lại sử dụng khoai mỳ, ở nước ta và một số
nước khác sử thì sử dụng gạo. Trong giai đoạn đường hóa người ta bắt buộc phải
sử dụng enzyme amylase. Người Nhật đã biết sử dụng enzyme của nấm mốc trong
quá trính đường hóa để sản xuất rượu sake cách đây hơn 1700 năm. Ở Mỹ, mãi
đến thế kỷ XIX khi người Nhật đưa nấm mốc Aspergillus sang mới biết sử dụng
enzyme này thay cho amylase của malt trong sản xuất bia. Nhờ sự du nhập này mà
người Mỹ đã tiết kiệm được chi phí khổng lồ cho công nghiệp sản xuất rượu, bia.
1.1.2.2. Trong sản xuất bánh mỳ
Đây là ngành tiêu thụ một lượng lớn tinh bột và enzyme thủy phân tinh bột.
Amylase được thêm vào trong hỗn hợp bột để phân giải tinh bột thành các dextrin
ngắn hơn và những dextrin này sẽ được lên men. Sự thêm malt và amylase vào
hỗn hợp bột làm tăng thể tích và cải thiện kết cấu sản phẩm nướng.
Từ lúc bắt đầu, amylase được thêm vào trong suốt quá trình chuẩn bị bột
nhão để sinh ra những hỗn hợp lên men. Bên cạnh việc sinh ra hỗn hợp lên men,
amylase cũng có tác dụng chống ôi trong việc nướng bánh mỳ và duy trì độ mềm
mịn cho sản phẩm nướng (Olesen, 1991).
SVTH: Trang 8
ĐACN 2 GVHD: TS. Đặng Đức Long
1.1.2.3. Trong chế biến thức ăn gia súc
Trong chế biến thức ăn gia súc, thành phần ngũ cốc chiếm một khối lượng rất

Raper và Fennell (1965) chỉ dung một số tên Aspergillus cho tất cả các loài
tạo thành bào tử trần. Như vậy, Asp.niger có vị trí phân loại như sau:
Lớp: Deuteromyces
Bộ: Moniliales
Họ: Moniliaceace
Giống: Aspergillus
1.2.1.2. Đặc điểm hình thái:
Dưới kính hiển vi nấm Asp.nigercó khuẩn ty phân nhánh, có vách ngăn, bào
tử đính không nằm trong bọc bào tử, cuống sinh thể bình phình ra rõ rệt ở 2 đầu
tạo bọng hình cầu 5-6 x 20-30mm, đôi khi 6-10 x 60-70mm. Thể bình gồm 2 lớp,
lớp thứ nhất hình tam giác cân ngược, lớp thứ 2 hình chai; bào tử đính xòe ra, hình
cầu xù xì, có gai nhọn, màu nâu đen đến đen than, đường kính 4-5mm.
 Asp.niger trên đĩa thạch
SVTH: Trang 10
ĐACN 2 GVHD: TS. Đặng Đức Long
 Bào tử Asp.niger
1.2.1.3. Đặc điểm sinh học:
Asp.nigerlà vinh sinh vật hiếu khí bắt buộc, dị dưỡng hóa năng, sinh sản bằng
bào tử, sinh trưởng được ở nhiệt độ tối thiểu 6-8ºC, tối đa 45-47ºC, tối ưu 25-28
ºC, độ ẩm tối thiểu 23%. Độ ẩm môi trường thích hợp để lên men bán rắn là 60-
65%.
Asp.nigersinh trưởng và phát triển khi có mặt O
2
, pH tối ưu 4-6,5. Tuy nhiên,
theo Patt (1981) cũng có những chủng Asp.nigersinh trưởng được ở pH=2.
Trên môi trường thạch Czapek, Asp.nigermọc thưa, đường kính khuẩn lạc
khoảng 4cm. Bổ sung 0,5% cao nấm men vào môi trường làm khuẩn lạc
Asp.nigermọc tốt và to hơn, đạt đường kính trung bình khoảng 6cm.
Trên môi trường thạch malt, khuẩn lạc mọc tốt nhưng không to như trên môi
trường thạch Czapek-cao nấm men.

Nấm mốc có thể sử dụng khoảng 75 hợp chất không chứa Nitơ. Tinh bột,
dextrin, maltose với nồng độ thích hợp là những chất cảm ứng sinh tổng hợp hệ
enzyme amylase. Ảnh hưởng của nguồn Carbon tới cường độ sinh tổng hợp
enzyme amylase theo thứ tự sau:
Tinh bột > dextrin >Maltose >Saccharose > Glucose >Lactose >Arabinose >
Galacose > Manose
 Cám gạo:
SVTH: Trang 12
ĐACN 2 GVHD: TS. Đặng Đức Long
Cám gạo là một phế phẩm khi xay xát hạt lúa để loại bỏ lớp vỏ tạo ra hạt gạo.
Trong cám gạo có chứa tương đối đủ các chất phù hợp cho sự phát triển của vi
sinh vật đặc biệt là nấm sợi, hàm lượng tinh bột chiếm lượng lớn.
 Thành phần hóa học của cám (Gene và ctv, 2002)
ST
T
Thành phần Đơn vị Số lượng
1 Protein % 12,20
2 Lipit % 22,70
3 Gluxit tổng số % 40,30
4 Cellulose % 6,30
5 Tro % 6,50
6 Canxi mg/100g 30,00
7 Photpho mg/100g 4,60
8 Sắt mg/100g 14,00
9 Vitamin B1 mg/100g 0,96
 Trấu:
Trấu là phế liệu trong công nghiệp xay xát, thành phần chủ yếu của trấu là
chất xơ. Trấu bổ xung vào môi trường chỉ có tác dụng làm tăng độ xốp cho
môitrường để tạo điều kiện thông khí tốt, người ta thường trộn trấu cho vào với tỷ
lệ khoảng 20% ÷ 25%.

2+
có ảnh hưởng tới độ bền nhiệt của enzyme, thiếu Mg
2+
sẽ có ảnh
hưởng xấu đến sự tổng hợp mọi amylase của nấm mốc. Nguồn Mg
2+
thường được
sử dụng là MgSO
4
.
Photpho cần để tổng hợp các thành phần quang trọng của sinh chất (axit
nucleic, photpholipit) và nhiều co-enzyme, đồng thời để phosphoride hóa gluxit
trong quá trình oxy hóa sinh học. Nguồn photpho thường là KH
2
PO
4
.
SVTH: Trang 14


 
!"#$%
&'
(')*+,
-.
!/0
('123
,456"74
,89:.;3.4
<

nành từ bunke đến máy nghiền. Sau khi nghiền xong, vít tải vận chuyển bã đậu
nành đến máy trộn.
2.3.2. Phối trộn
Mục đích: Trộn đều môi trường dinh dưỡng.
Hỗn hợp cám gạo, bã đậu nành, trấu, chất khoáng,và các chất dinh dưỡng cần
thiết được trộn đều. Hoạt tính amylase và hàm lượng protein cao nhất (358,552
UI/g CT và 41,484mg/g) ở môi trường có tỷ lệ cám: trấu: bã đậu nành là 2:1:1.
Hàm lượng và hoạt tính amylase ở môi trường có tỷ lệ cám: trấu: bã đậu nành là
1:2:1 cũng khá cao. Môi trường có tỷ lệ cám: trấu: bã đậu nành là 1:1:2 cho hàm
lượng và hoạt tính amylase thấp.(5)
2.3.3. Thanh trùng
Mục đích: cám và các nguyên liệu khác có chứa nhiều VSV, để đảm bảo
chủng nuôi phát triển bình thường cần phải thanh trùng.
Tiến hành: hấp thanh trùng dưới áp suất hơi 1÷ 1.5atm, nhiệt độ 140˚C thời
gian 45-50 phút.
2.3.4. Làm nguội
Mục đích: Hạ nhiệt độ của nguyên liệu để nấm men có thể sinh trưởng và
phát triển thuận lợi.
SVTH: Trang 16
ĐACN 2 GVHD: TS. Đặng Đức Long
Tiến hành: Sau khi hấp thanh trùng, môi trường được chuyển qua băng tải
làm nguội đến nhiệt độ khoảng 38÷ 40˚C.
Thời gian làm nguội phải ngắn để hạn chế sự nhiễm VSV.
2.3.5. Nhân giống sản xuất
Giống trong ống nghiệm được giữ ở trạng thái hoạt động bằng cách cấy
truyền mỗi tháng một lần trong các môi trường thạch sapec.
Thành phần môi trường thạch sapec:
Nước 1000ml
Saccroza 30g
NaNO

SVTH: Trang 17
ĐACN 2 GVHD: TS. Đặng Đức Long
2.3.7. Trộn đều giống và môi trường dinh dưỡng
Sau khi kết thúc quá trình gieo giống, canh trường nấm mốc được gàu tải
chuyển lên bunke trung gian. Từ bunke này canh trường qua vít tải định lượng
đồng thời được chuyển đến máy trộn để trộn đều giống và môi trường dinh dưỡng.
2.3.8. Lên men
Sau khi trộn đều, canh trường được đưa vào khay, khay chuyển vào phòng
nuôi cấy được đặt trong phòng nuôi cấy và tiến hành nuôi.
Trong quá trình nuôi không cần điều chỉnh pH môi trường. Đây là môi
trường bán rắn nên sự thay đổi pH ở vị trí này không ảnh hưởng đến toàn bộ môi
trường. Độ ẩm 58% ÷ 60%.
Thời gian nuôi cấy nấm mốc khoảng 36 ÷ 60 giờ, trung bình thường là 42
giờ.
Quá trình nuôi cấy trong môi trường bán rắn nuôi bằng phương pháp bề mặt
trải qua các giai đoạn sau:
Giai đoạn 1:
Giai đoạn này thường kéo dài 10 ÷ 14 giờ kể từ thời gian bắt đầu nuôi cấy.
Trong giai đoạn này có những thay đổi sau:
+ Nhiệt độ tăng chậm.
+ Sợi nấm bắt đầu hình thành và có màu trắng hoặc màu sữa.
+ Thành phần dinh dưỡng bắt đầu có sự thay đổi.
+ Khối môi trường còn rời rạc.
+ Enzyme mới bắt đầu hình thành.
Trong giai đoạn này cần quan tâm đến chế độ nhiệt. Tuyệt đối không được để
nhiệt độ cao hơn 30˚C vì thời kỳ này giống rất mẫn cảm với nhiệt độ.
Giai đoạn 2:
Giai đoạn này kéo dài 14 ÷ 18 giờ tiếp theo. Trong giai đoạn này có những
thay đổi cơ bản sau:
SVTH: Trang 18

SVTH: Trang 19
ĐACN 2 GVHD: TS. Đặng Đức Long
2.3.10. Trích ly và lọc
Mục đích: Tách enzyme ra khỏi hỗn hợp, chuẩn bị tốt cho công đoạn tiếp
theo.
Dung môi trích ly: Nước.
Tiến hành: Sau khi nghiền mịn, người ta cho nước vào để trích ly. Các
enzyme thủy phân hòa tan tốt trong nước nên người ta thường dung nước như một
dung môi hòa tan. Cho nước vào theo tỷ lệ thích hợp, khuấy nhẹ rồi lọc lấy bã.
Phần bã được sử dụng làm thức ăn gia súc.
2.3.11. Cô đặc chân không
Mục đích: Nâng cao nồng độ enzyme amylase đạt 150g/lit.
Tiến hành: Dịch sau trích ly được đi vào thiết bị cô đặc chân không.
Nhiệt độ cô đặc: 50-55°C.
2.3.12. Đóng gói
Sau khi thu được chế phẩm enzyme ta đem đi đóng gói bằng thiết bị bao gói
tự động khối lượng của mỗi gói tùy thuộc vào nhu cầu khách hàng.
SVTH: Trang 20
ĐACN 2 GVHD: TS. Đặng Đức Long
Chương 3
TÍNH CÂN BẰNG VẬT CHẤT
3.1. Kế hoạch sản xuất của phân xưởng
Các ngày nghỉ trong năm:
- Tết dương lịch nghỉ 1 ngày
- Tết âm lịch nghỉ 5 ngày
- Giỗ tổ Hùng Vương nghỉ 1 ngày
- Ngày chiến thắng 30-4 nghỉ 1 ngày
- Ngày quốc tế lao động nghỉ 1 ngày
- Ngày quốc khánh nghỉ 1 ngày
- Nghỉ ngày chủ nhật

4
0.1%
NH
4
NO
3
0.15%
E Bảng tỷ lệ hao hụt qua các công đoạn
Công đoạn Tỉ lệ hao hụt (%)
Xử lý (cám gạo; bã đậu nành; trấu) 0,5; 0,5; 0,5
Phối trộn 1
Thanh trùng 0,5
Làm nguội 0,1
Nghiền 2
Thu dịch enzyme (trích ly) 3
Lọc 2
Cô đặc chân không 2
Bao gói 0,1
3.2. Cân bằng vật chất
3.2.1. Bao gói
Tỷ lệ hao hụt: 0.1%
Lượng sản phẩm trước khi bao gói:
(kg/ngày)
Thể tích trước khi bao gói:
(lit/ngày)
Lượng enzyme có trong sản phẩm:
(kg/ngày)
SVTH: Trang 22
ĐACN 2 GVHD: TS. Đặng Đức Long
Lượng sản phẩm hao hụt:

V
dịch chiết
= (lit/ngày)
Khối lượng dịch chiết trước trích ly:
(kg/ngày)
Lượng enzyme trích ly được:
(kg/ngày)
Nồng độ enzyme sau lên men là 30g/kg cơ chất. Vậy khối lượng cơ chất là:
(kg/ngày)
Tỷ lệ phối trộn 4 lít nước/ 1kg cơ chất. Vậy lượng nước cần dùng là:
SVTH: Trang 24
ĐACN 2 GVHD: TS. Đặng Đức Long
(kg/ngày)
Khối lượng riêng của nước là 998kg/m
3
nên thể tích nước cần dung là:
(lít/ngày).
Lượng nguyên liệu đưa vào trích ly:
2645,6+88186,7=90832,3 (kg/ngày)
Lượng hao hụt cơ chất:
(kg/ngày)
3.2.5. Nghiền mịn
Tỷ lệ hao hụt: 2%
Lượng hỗn hợp trước khi nghiền mịn:
(kg/ngày)
Lượng hao hụt:
(kg/ngày)
3.2.6. Làm nguội
Tỷ lệ hao hụt:0.1%
Lượng nguyên liệu trước khi làm nguội: