THIẾT KẾ NHÀ MÁY SẢN XUẤT ENZYME PROTEASE TỪ BACILLUS SUBTILIS 500 TẤN SẢN PHẨM/NĂM

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
KHOA HĨA

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
NGÀNH: CƠNG NGHỆ SINH HỌC
ĐỀ TÀI:

THIẾT KẾ NHÀ MÁY SẢN XUẤT ENZYME
PROTEASE TỪ BACILLUS SUBTILIS VỚI NĂNG SUẤT
500 TẤN SẢN PHẨM/ NĂM.

Người hướng dẫn: TS. NGUYỄN HOÀNG MINH
Sinh viên thực hiện: HOÀNG NGỌC QUỐC
Số thẻ sinh viên: 107120267
Lớp: 12SH

Đà Nẵng, 5/2017

SVTH: HOÀNG NGỌC QUỐC

GVHD: TS. NGUYỄN HOÀNG MINH

Trang i


THIẾT KẾ NHÀ MÁY SẢN XUẤT ENZYME PROTEASE TỪ BACILLUS SUBTILIS 500 TẤN SẢN PHẨM/NĂM

TÓM TẮT

Tên đề tài: thiết kế nhà máy sản xuất enzyme protease từ Bacillus subtilis với
năng suất 500 tấn sản phẩm/ năm.
Sinh viên thực hiện: HOÀNG NGỌC QUỐC
Số thẻ SV: 107120267

Lớp: 12SH

- Tóm tắt
- Nhiệm vụ
- Lời cảm ơn
- Cam đoan
- Mục lục
- Lời mở đầu
- Danh mục bảng biểu
- Danh mục hình vẽ
- Mở đầu
- Chương 1: Lập luận kinh tế kỹ thuật
- Chương 2: Tổng quan tài liệu
- Chương 3: Chọn và thuyết minh quy trình cơng nghệ
- Chương 4: Tính tốn cân bằng vật chất
- Chương 5: Tính và chọn thiết bị
- Chương 6: Tính tổ chức
- Chương 7: Tính xây dựng
- Chương 8: Tính năng lượng (điện/hơi/nước)
- Chương 9: Kiểm tra sản xuất và sản phẩm
- Chương 10: An toàn lao động và vệ sinh xí nghiệp
- Kết luận
- Tài liệu tham khảo

SVTH: HOÀNG NGỌC QUỐC


GVHD: TS. NGUYỄN HOÀNG MINH

Trang ii


THIẾT KẾ NHÀ MÁY SẢN XUẤT ENZYME PROTEASE TỪ BACILLUS SUBTILIS 500 TẤN SẢN PHẨM/NĂM

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG

CỘNG HÒA XÃ HÔI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

Độc lập - Tự do - Hạnh phúc

KHOA HÓA

NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Họ tên sinh viên: HOÀNG NGỌC QUỐC Số thẻ sinh viên: 107120267
Lớp: 12SH

Khoa: Hóa

Ngành: Cơng Nghệ Sinh Học

1. Tên đề tài đồ án: thiết kế nhà máy sản xuất enzyme protease từ Bacillus subtilis với
năng suất 500 tấn sản phẩm/ năm.
2. Đề tài thuộc diện: ☐ Có ký kết thỏa thuận sở hữu trí tuệ đối với kết quả thực hiện
3. Các số liệu và dữ liệu ban đầu:

Năng suất sản xuất của nhà máy là 500 tấn sản phẩm/ năm
Vi sinh vật sử dụng là: Bacillus subtilis
4. Nội dung các phần thuyết minh và tính tốn:
5. Các bản vẽ, đồ thị:
Bao gồm 5 bản vẽ A0
- Sơ đồ dây chuyền sản xuất
- Tổng bình đồ nhà máy
- Mặt bằng – mặt cắt phân xưởng sản xuất enzyme protease
- Mặt bằng – mặt cắt phân xưởng sản xuất enzyme protease
- Sơ đồ hơi nước
6. Họ tên người hướng dẫn: TS Nguyễn Hoàng Minh
7. Ngày giao nhiệm vụ đồ án:
27/01/2017
8. Ngày hồn thành đồ án:
15/05/2017
Đà Nẵng, ngày
Trưởng Bộ mơn ……………………..

SVTH: HOÀNG NGỌC QUỐC

tháng

năm 2017

Người hướng dẫn

GVHD: TS. NGUYỄN HOÀNG MINH

Trang iii



THIẾT KẾ NHÀ MÁY SẢN XUẤT ENZYME PROTEASE TỪ BACILLUS SUBTILIS 500 TẤN SẢN PHẨM/NĂM

LỜI CẢM ƠN
Với sự cố gắng, nỗ lực của bản thân cùng với sự quan tâm giúp đỡ thường
xun, tận tình của các thầy, cơ và các bạn trong khoa đã giúp tơi hồn thành đồ án tốt
nghiệp này.
Tôi xin gửi lời cảm ơn đến các thầy, cô trong bộ môn Công nghệ Sinh học –
Khoa Hóa – Trường Đại học Bách Khoa Đà Nẵng đã giúp tơi có được những nền tảng
kiến thức ban đầu vững chắc tạo tiền đề cho việc hoàn thành tốt đồ án tốt nghiệp của
mình và chuẩn bị hành trang cho công việc sau này.
Tôi xin chân thành cảm ơn sâu sắc đến cơ Nguyễn Hồng Minh đã hướng dẫn
tận tình, chu đáo và tạo điều kiện cho tơi hồn thành tốt đồ án tốt nghiệp của mình.
Cuối cùng, tơi xin gửi lời cảm ơn đến người thân, bạn bè đã ln giúp đỡ tơi
trong suốt q trình làm đồ án tốt nghiệp của mình.

Đà Nẵng, Ngày

tháng

năm 2017

Sinh viên thực hiện

Hồng Ngọc Quốc

SVTH: HỒNG NGỌC QUỐC

GVHD: TS. NGUYỄN HỒNG MINH


Trang iv


THIẾT KẾ NHÀ MÁY SẢN XUẤT ENZYME PROTEASE TỪ BACILLUS SUBTILIS 500 TẤN SẢN PHẨM/NĂM

CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan số liệu và kết quả nghiên cứu trong đồ án tốt nghiệp này là
trung thực và chưa hề được sử dụng để bảo vệ một học vị nào. Mọi sự giúp đữ cho
việc thực hiện đồ án tốt nghiệp này đã được cảm ơn và các thơng tin trích dẫn trong đồ
án tốt nghiệp đã được chỉ rõ nguồn gốc rõ ràng và được phép công bố.

Đà Nẵng, Ngày

tháng

năm 2017

Sinh viên thực hiện

Hồng Ngọc Quốc

SVTH: HỒNG NGỌC QUỐC

GVHD: TS. NGUYỄN HỒNG MINH

Trang v


THIẾT KẾ NHÀ MÁY SẢN XUẤT ENZYME PROTEASE TỪ BACILLUS SUBTILIS 500 TẤN SẢN PHẨM/NĂM


MỤC LỤC

TÓM TẮT ...................................................................................................................... i
NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP .............................................................................. iii
LỜI CẢM ƠN ................................................................................................................ iv
CAM ĐOAN ....................................................................................................................v
MỤC LỤC ......................................................................................................................v
DANH MỤC BẢNG ..................................................................................................... xii
DANH MỤC HÌNH ẢNH............................................................................................ xiv
LỜI MỞ ĐẦU ..................................................................................................................1
CHƯƠNG 1: LẬP LUẬN KINH TẾ KỸ THUẬT......................................................2
1.1 Đặc điểm tự nhiên.....................................................................................................2
1.1.1 Khí hậu ....................................................................................................................2
1.1.2 Vị trí địa lý chiến lược.............................................................................................2
1.2 Nguồn nguyên liệu ....................................................................................................3
1.3 Hợp tác hoá ...............................................................................................................4
1.4 Nguồn cung cấp điện ................................................................................................4
1.5 Nguồn cung cấp nhiệt ...............................................................................................4
1.6 Nguồn nước và vấn đề nước thải nhà máy.............................................................4
1.7 Giao thông .................................................................................................................4
1.8 Nguồn lao động .........................................................................................................5
1.9 Năng suất nhà máy ...................................................................................................6
CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN TÀI LIỆU .......................................................................7
2.1 Protease .....................................................................................................................7
2.1.1 Khái quát về protease ..............................................................................................7
2.1.2. Phân loại protease...................................................................................................7
2.1.3. Các yếu tố ảnh hưởng đến tốc độ thủy phân của protease .....................................9
2.1.4. Nguồn thu nhận enzym protease ..........................................................................10
2.1.5. Ứng dụng protease ...............................................................................................12
2.2 Tổng quan về Bacillus subtilis ...............................................................................15


SVTH: HOÀNG NGỌC QUỐC

GVHD: TS. NGUYỄN HOÀNG MINH

Trang vi


THIẾT KẾ NHÀ MÁY SẢN XUẤT ENZYME PROTEASE TỪ BACILLUS SUBTILIS 500 TẤN SẢN PHẨM/NĂM

2.2.1. Lịch sử phát hiện ................................................................................................. 15
2.2.2. Phân loại .............................................................................................................. 16
2.2.3. Đặc điểm của Bacillus subtilis ............................................................................ 16
2.2.4. Hệ enzyme của Bacillus subtilis .......................................................................... 20
2.3 Phân loại lên men................................................................................................... 29
2.3.1 Lên men gián đoạn ............................................................................................... 29
2.3.3 Lên men bán liên tục ............................................................................................ 30
2.3.4 Lên men bề mặt .................................................................................................... 30
2.3.5 Lên men bán rắn ................................................................................................... 30
2.3.6 Lên men chìm ....................................................................................................... 31
CHƯƠNG 3: CHỌN VÀ THUYẾT MINH DÂY CHUYỀN CƠNG NGHỆ ....... 33
3.1. Chọn dây chuyền cơng nghệ ................................................................................ 33
3.2. Thuyết minh quy trình ......................................................................................... 37
3.2.1. Xử lý nguyên liệu ................................................................................................ 37
3.2.2. Phối trộn .............................................................................................................. 37
3.2.3. Tiệt trùng ............................................................................................................. 38
3.2.4. Nhân giống sản xuất ............................................................................................ 38
3.2.5. Cấy giống ............................................................................................................. 39
3.2.6. Phân phối giống vào khay ................................................................................... 39
3.2.7. Nuôi cấy ............................................................................................................... 39

3.2.8. Thu nhận chế phẩm ............................................................................................. 40
3.2.9. Trích ly ................................................................................................................ 40
3.2.10. Lọc tinh .............................................................................................................. 41
3.2.11. Cô đặc ................................................................................................................ 41
3.2.12. Kết tủa................................................................................................................ 41
3.2.13. Ly tâm lạnh ........................................................................................................ 41
3.2.14. Sấy ..................................................................................................................... 42
3.2.15. Cân và bao gói ................................................................................................... 42
Chương 4: TÍNH CÂN BẰNG VẬT CHẤT ............................................................. 43
4.1. Kế hoạch sản xuất của phân xưởng .................................................................... 43
4.1.2. Thành phần môi trường ....................................................................................... 43

SVTH: HOÀNG NGỌC QUỐC

GVHD: TS. NGUYỄN HOÀNG MINH

Trang vii


THIẾT KẾ NHÀ MÁY SẢN XUẤT ENZYME PROTEASE TỪ BACILLUS SUBTILIS 500 TẤN SẢN PHẨM/NĂM

4.2. Cân bằng vật chất ..................................................................................................45
4.2.1. Dây chuyền sản xuất chế phẩm enzyme kỹ thuật ...............................................45
4.2.2. Dây chuyền nuôi cấy và nhân giống ....................................................................50
4.2.3. Dây chuyền chuẩn bị môi trường nuôi cấy ..........................................................53
4.2.4. Môi trường nhân giống .........................................................................................54
4.3. Tổng kết ..................................................................................................................58
CHƯƠNG 5: TÍNH VÀ CHỌN THIẾT BỊ ...............................................................60
5.1. Cách chọn và tính tốn .........................................................................................60
5.1.1. Chọn thiết bị .........................................................................................................60

5.1.2. Tính tốn thiết bị ..................................................................................................60
5.2 Tính thiết bị.............................................................................................................60
5.2.1 Thiết bị làm sạch bột sắn .......................................................................................60
5.2.2 Thiết bị nghiền bột sắn ..........................................................................................61
5.2.3 Thiết bị định lượng ................................................................................................64
5.2.4 Bunke chứa bột sắn ...............................................................................................64
5.2.5 Bunke chứa bột tôm ..............................................................................................65
5.2.6 Bunke chứa môi trường nuôi cấy trước khi phân phối vào khay ..........................66
5.2.7 Bunke chứa canh trường sau khi nuôi cấy ............................................................67
5.2.8 Bunke chứa enzyme sau khi sấy ...........................................................................68
5.2.9 Tính thùng chứa nước ...........................................................................................68
5.2.10 Tính thùng chứa dung mơi ..................................................................................70
5.2.11 Thiết bị nuôi cấy ..................................................................................................71
5.2.12 Máy trộn ..............................................................................................................72
5.2.13 Thiết bị thanh trùng .............................................................................................73
5.2.14 Thiết bị trích ly ....................................................................................................74
5.2.15 Thiết bị lọc khung bản .........................................................................................76
5.2.16 Thiết bị cô đặc .....................................................................................................76
5.2.17 Thiết bị kết tủa .....................................................................................................77
5.2.18 Thiết bị ly tâm lạnh .............................................................................................78
5.2.19 Thiết bị sấy phun .................................................................................................79
5.2.20 Thiết bị cân, bao gói ............................................................................................80

SVTH: HỒNG NGỌC QUỐC

GVHD: TS. NGUYỄN HOÀNG MINH

Trang viii



THIẾT KẾ NHÀ MÁY SẢN XUẤT ENZYME PROTEASE TỪ BACILLUS SUBTILIS 500 TẤN SẢN PHẨM/NĂM

5.2.21 Thiết bị nhân giống ............................................................................................. 81
5.3. Thiết bị vận chuyển .............................................................................................. 83
5.3.1. Gàu tải.................................................................................................................. 83
5.3.2 Vít tải .................................................................................................................... 88
5.4 Chọn bơm ............................................................................................................... 89
5.5 Thiết bị thanh trùng khay ..................................................................................... 90
5.6 Thiết bị vận chuyển khay trước và sau thanh trùng .......................................... 90
5.7 Tủ cấy...................................................................................................................... 91
CHƯƠNG 6: TÍNH TỔ CHỨC VÀ XÂY DỰNG ................................................... 95
6.1 Sơ đồ tổ chức của nhà máy ................................................................................... 95
6.2 Tính nhân lực của nhà máy .................................................................................. 95
6.2.1 Chế độ làm việc .................................................................................................... 95
6.2.2. Nhân lực .............................................................................................................. 95
CHƯƠNG 7: TÍNH XÂY DỰNG .............................................................................. 98
7.1. Phân xưởng sản xuất chính ................................................................................. 98
7.2. Kho chứa nguyên vật liệu .................................................................................... 98
7.3. Kho thành phẩm ................................................................................................... 98
7.4. Phịng nhân giống ................................................................................................. 98
7.5. Phịng ni vi khuẩn ............................................................................................. 98
7.6. Phòng điều hòa ...................................................................................................... 98
7.7. Phòng KCS ............................................................................................................ 99
7.8. Trạm biến áp ......................................................................................................... 99
7.9. Trạm bơm .............................................................................................................. 99
7.10. Nhà hành chính và phục vụ khác ...................................................................... 99
7.11. Phân xưởng điện cơ ............................................................................................ 99
7.12. Nhà để xe ôtô ....................................................................................................... 99
7.13. Nhà để xe môtô cho cán bộ công nhân viên ................................................... 100
7.14. Nhà ăn ................................................................................................................ 100

7.15. Nhà vệ sinh ........................................................................................................ 100
7.16. Đài chứa nước .................................................................................................. 100
7.17. Bể chứa nước ngầm .......................................................................................... 100

SVTH: HOÀNG NGỌC QUỐC

GVHD: TS. NGUYỄN HOÀNG MINH

Trang ix


THIẾT KẾ NHÀ MÁY SẢN XUẤT ENZYME PROTEASE TỪ BACILLUS SUBTILIS 500 TẤN SẢN PHẨM/NĂM

7.18. Bể xử lý nước thải ..............................................................................................100
7.19. Bể xử lý chất thải rắn ........................................................................................101
7.20. Nhà bảo vệ ..........................................................................................................101
7.21. Máy phát điện ....................................................................................................101
7.22. Phân xưởng lò hơi..............................................................................................101
7.23. Kho vật tư thiết bị .............................................................................................101
CHƯƠNG 8 : TÍNH ĐIỆN, HƠI, NHIỆT, NƯỚC .................................................104
8.1 Tính điện ...............................................................................................................104
8.1.1 Tính phụ tải chiếu sáng .......................................................................................104
8.1.2 Tính phụ tải động lực ..........................................................................................108
8.1.3 Xác định phụ tải tiêu thụ thực tế .........................................................................109
8.1.4 Tính điện năng tiêu thụ hàng năm .......................................................................110
8.1.5 Chọn máy biến áp ................................................................................................111
8.2 Tính nhiệt ..............................................................................................................111
8.2.1 Cơng đoạn sấy .....................................................................................................111
8.2.2 Cơng đoạn tiệt trùng ............................................................................................117
8.2.3. Tính nhiệt lượng để đun nóng nước ...................................................................121

8.2.4 Tính nhiệt lượng trong q trình cơ đặc ..............................................................123
8.3 Tính hơi .................................................................................................................124
8.3.1 Tính hơi cho cơng đoạn sấy ................................................................................124
8.3.2 Tính hơi cho cơng đoạn tiệt trùng .......................................................................124
8.3.3 Tính hơi cần cung cấp để đun nóng nước dùng tromg trích ly ...........................124
8.3.4 Tính hơi cho cơng đoạn cơ đặc ...........................................................................124
8.3.5 Công đoạn thanh trùng khay ...............................................................................124
8.3.6. Công đoạn thanh trùng môi trường nhân giống .................................................125
8.3.7 Tổng lượng hơi dùng trong nhà máy ...................................................................125
8.4 Tính nhiên liệu ......................................................................................................126
8.4.1 Than .....................................................................................................................126
8.4.2 Dầu DO................................................................................................................128
8.4.3 Xăng ....................................................................................................................128
8.4.4 Dầu bơi trơn .........................................................................................................128

SVTH: HỒNG NGỌC QUỐC

GVHD: TS. NGUYỄN HOÀNG MINH

Trang x


THIẾT KẾ NHÀ MÁY SẢN XUẤT ENZYME PROTEASE TỪ BACILLUS SUBTILIS 500 TẤN SẢN PHẨM/NĂM

8.5 Tính nước ............................................................................................................. 128
8.5.1 Nước dùng cho sản xuất ..................................................................................... 128
8.5.2 Nước sử dụng phục vụ cho việc sản xuất ........................................................... 128
8.5.3 Nước sinh hoạt .................................................................................................... 129
CHƯƠNG 9: KIỂM TRA SẢN XUẤT VÀ SẢN PHẨM ...................................... 130
9.1 Kiểm tra nguyên liệu đầu vào............................................................................. 130

9.1.1 Tinh bột sắn ........................................................................................................ 130
9.1.2 Nước dùng để thủy phân tinh bột sắn ................................................................. 130
9.2 Kiểm tra các công đoạn sản xuất ....................................................................... 131
9.2.1 Thủy phân tinh bột sắn, lọc dịch thủy phân ....................................................... 131
9.2.2 Pha chế dịch lên men .......................................................................................... 131
9.2.3 Lên men .............................................................................................................. 131
9.2.4 Công đoạn sau lên men....................................................................................... 132
9.3 Kiểm tra chất lượng sản phẩm ........................................................................... 132
CHƯƠNG 10: AN TỒN LAO ĐỘNG VÀ BẢO VỆ MƠI TRƯỜNG .............. 133
10.1 An toàn lao động ................................................................................................ 133
10.1.1 Tai nạn xảy ra do các nguyên nhân sau ............................................................ 133
10.1.2 Những biện pháp hạn chế tai nạn lao động ...................................................... 133
10.1.3 An toàn vận hành trong sản xuất các chất sinh học.......................................... 133
10.1.4 Các trạm khí nén ............................................................................................... 134
10.1.5 Các máy lọc để làm sạch và thu hồi khí, bụi .................................................... 134
10.1.6 Máy nghiền, sấy ................................................................................................ 134
10.1.7 Kỹ thuật an toàn khi nuôi cấy vi sinh vật trên môi trường rắn ......................... 134
10.2 Bảo vệ môi trường ............................................................................................. 135
10.2.1 Làm sạch không khí.......................................................................................... 135
10.2.2 Làm sạch nước thải ........................................................................................... 135
KẾT LUẬN ................................................................................................................. 137
TÀI LIỆU THAM KHẢO: .......................................................................................... 138

SVTH: HOÀNG NGỌC QUỐC

GVHD: TS. NGUYỄN HOÀNG MINH

Trang xi



THIẾT KẾ NHÀ MÁY SẢN XUẤT ENZYME PROTEASE TỪ BACILLUS SUBTILIS 500 TẤN SẢN PHẨM/NĂM

DANH MỤC BẢNG
Bảng 2.1 Phản ứng sinh hóa của vi khuẩn Bacillus subtilis.................................... 18
Bảng 2.2 Một số loại enzyme do Bacillus subtilis sinh tổng hợp, đặc tính và phản ứng
thủy phân .................................................................................................................. 21
Bảng 2.3 Ảnh hưởng của Ca2+ lên hoạt tính của amylase từ .................................. 22
Bảng 2.4 Hoạt tính protease của chủng Bacillus subtilis khi thay đổi các nguồn
carbon trong môi trường nuôi cấy ............................................................................ 27
Bảng 2.5 Hoạt tính protease của chủng Bacillus subtilis khi phối hợp các nguồn
nitrogen khác nhau trong môi trường nuôi cấy ........................................................ 28
Bảng 3.7 Thành phần môi trường nuôi cấy Bacillus subtilis .................................. 37
Bảng 4.8 Kế hoạch sản xuất của nhà máy trong năm như sau ................................ 43
Bảng 4.9 Bảng tỉ lệ hao hụt qua các công đoạn ...................................................... 44
Bảng 4.10 Bảng thay đổi độ ẩm chế phẩm enzyme qua các công đoạn ................. 44
Bảng 4.11 Bảng tổng kết nguyên liệu qua các công đoạn ...................................... 58
Bảng 4.12 Nhu cầu nguyên liệu để nhân giống cấp I trong ngày ........................... 59
Bảng 4.13 Nhu cầu nguyên liệu để nhân giống cấp II trong ngày .......................... 59
Bảng 4.14 Nhu cầu nguyên liệu để nhân giống cấp III trong ngày ......................... 59
Bảng 5.15 Bảng tổng kết thông kỹ thuật số máy sàng rung .................................... 61
Bảng 5.16 Bảng tổng kết thông số kỹ thuật máy trộn giống ................................... 72
Bảng 5.17 Bảng tổng kết thông số kỹ thuật máy trích ly dạng roto ........................ 75
Bảng 5.18 Bảng tổng kết tính và chọn thiết bị ........................................................ 93
Bảng 6.19 Bảng phân công lao động gián tiếp........................................................ 96
Bảng 6.20 Bảng phân công lao động trực tiếp ........................................................ 96
Bảng 7.21 Bảng tổng kết các hạng mục xây dựng ................................................ 102
Bảng 8.22 Bảng tổng kết các hạng mục xây dựng ................................................ 107
Bảng 8.23 Công suất các thiết bị trong nhà máy................................................... 109
Bảng 8.24 Bảng tổng kết lượng hơi dùng trong nhà máy ..................................... 125
SVTH: HOÀNG NGỌC QUỐC


GVHD: TS. NGUYỄN HOÀNG MINH

Trang xii


THIẾT KẾ NHÀ MÁY SẢN XUẤT ENZYME PROTEASE TỪ BACILLUS SUBTILIS 500 TẤN SẢN PHẨM/NĂM

DANH MỤC HÌNH ẢNH
Hình 2.1 Sơ đồ dây chuyền cơng nghệ ......................................................................... 36
Hình 5.2 Máy sàng rung ............................................................................................... 63
Hình 5.3 Thiết bị nghiền bột thực phẩm Kanghe ........................................................ 62
Hình 5.4 Cân bàn điện tử HS500.................................................................................. 63
Hình 5.5 Thùng chứa nước ........................................................................................... 69
Hình 5.6 Thùng chứa dung mơi .................................................................................... 70
Hình 5.7 Máy trộn giống .............................................................................................. 73
Hình 5.8 Thiết bị thanh trùng dạng đứng ..................................................................... 74
Hình 5.9 Cấu tạo thiết bị trích ly dạng roto .................................................................. 75
Hình 5.10 Thiết bị lọc khung bản ................................................................................. 76
Hình 5.11 Thiết bị cơ đặc ZN 2000 .............................................................................. 77
Hình 5.12 Thiết bị ly tâm lạnh...................................................................................... 79
Hình 5.13 Máy sấy phun LPG-100............................................................................... 80
Hình 5.14 Thiết bị cân đóng gói ................................................................................... 81
Hình 5.15 Thiết bị nhân giống ...................................................................................... 82
Hình 5.16 Gàu tải.......................................................................................................... 84
Hình 5.17 Vít tải ........................................................................................................... 88
Hình 5.18 Bơm ............................................................................................................. 89
Hình 5.19 Thiết bị thanh trùng khay ............................................................................ 90
Hình 5.20 Băng chuyền ................................................................................................ 91
Hình 5.21 Tủ cấy .......................................................................................................... 92


SVTH: HOÀNG NGỌC QUỐC

GVHD: TS. NGUYỄN HOÀNG MINH

Trang xiii



THIẾT KẾ NHÀ MÁY SẢN XUẤT ENZYME PROTEASE TỪ BACILLUS SUBTILIS 500 TẤN SẢN PHẨM/NĂM

LỜI MỞ ĐẦU
Enzyme đã được sử dụng từ rất lâu. Khoảng 5.000 năm trước công nguyên ở
Jerico, người ta đã biết đến kỹ thuật làm bánh mì. Trong thành cổ Babylon, nấu rượu
vang, sản xuất dấm, tương, chao… ở các mức độ khác nhau, là những quá trình sinh
học xưa nhất trong lịch sử phát triển văn minh nhân loại.
Ngày nay, cùng với sự phát triển mạnh mẽ của Công nghệ sinh học, các chế
phẩm enzyme được sản xuất ngày càng nhiều và được sử dụng trong hầu hết trong các
lĩnh vực như: chế biến thực phẩm, nông nghiệp, chăn nuôi, y tế… Hàng năm khối
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.
Protease là enzyme hiện nay được sử dụng nhiều nhất trong một số ngành sản
xuất như: Chế biến thực phẩm (đông tụ sữa dùng làm phomat, làm mềm thịt, bổ sung
để làm tăng chất lượng sản phẩm trong sản xuất bia), sản xuất chất tẩy rửa, thuộc da, y
tế, nông nghiệp. Protease phân bố ở thực vật, động vật, vi sinh vật. Tuy nhiên nguồn
enzyme ở vi sinh vật phong phú nhất và có nhiều ưu điểm nhất như: có ở hầu hết các
vi sinh vật như vi khuẩn, nấm mốc, xạ khuẩn, có hoạt tính mạnh chỉ cần một lượng
nhỏ có thể chuyển hóa một lượng cơ chất lớn, có cường độ sinh sản rất mạnh và tổng
hợp enzyme với tốc độ rất nhanh chóng, trong một thời gian ngắn có thể thu được một
lượng enzyme lớn.

Trong các loài vi sinh vật được sử dụng làm nguồn cung cấp enzyme, vi khuẩn
Bacillus subtilis là một ví dụ điển hình được các nhà khoa học nghiên cứu nhiều. Các
enzyme ngoại bào của vi khuẩn này đã được đưa vào sản xuất và ứng dụng rộng rãi ở
qui mơ cơng nghiệp vì chúng có các đặc tính hơn hẳn và khả năng sinh tổng hợp các
enzyme rất mạnh so với các enzyme ngoại bào của những vi sinh vật khác. Vì thế
chúng tơi chọn đề tài “ Thiết kế nhà máy sản xuất enzyme protease từ bacillus subtilis
bằng phương pháp lên men bán rắn với năng suất 500 tấn sản phẩm/năm” để làm đề
tài tốt nghiệp của mình.

SVTH: HỒNG NGỌC QUỐC

GVHD: TS. NGUYỄN HỒNG MINH

Trang 1


THIẾT KẾ NHÀ MÁY SẢN XUẤT ENZYME PROTEASE TỪ BACILLUS SUBTILIS 500 TẤN SẢN PHẨM/NĂM

CHƯƠNG 1: LẬP LUẬN KINH TẾ KỸ THUẬT
1.1 Đặc điểm tự nhiên
Đà Nẵng nằm ở vị trí trung độ của Việt Nam, là trung tâm kinh tế, văn hố, giáo
dục, khoa học và cơng nghệ lớn của khu vực miền Trung - Tây Nguyên. Đà Nẵng hiện
là 1 trong 5 thành phố trực thuộc Trung ương (Hà Nội, thành phố Hồ Chí Minh, Hải
Phịng, Đà Nẵng và Cần Thơ).
- Diện tích: 1.285,4 𝑘𝑚2
- Dân số: 1.046.876 người (tính đến tháng 01/2015)
- Mật độ dân số: 892 người/km²
- Đơn vị hành chính: 6 quận (Hải Châu, Thanh Khê, Liên Chiểu, Ngũ Hành Sơn,
Sơn Trà, Cẩm Lệ), 1 huyện ngoại thành (huyện Hòa Vang) và 1 huyện đảo (Hồng
Sa).

1.1.1 Khí hậu
Đà Nẵng nằm trong vùng khí hậu nhiệt đới gió mùa điển hình, nhiệt độ cao và ít
biến động.
+ Mỗi năm có 2 mùa rõ rệt: mùa mưa (từ tháng 8 đến tháng 12) và mùa khô (từ
tháng 01 đến tháng 7). Mỗi năm, Đà Nẵng chịu ảnh hưởng trực tiếp từ một đến hai cơn
bão hoặc áp thấp nhiệt đới.
+ Nhiệt độ trung bình hàng năm khoảng 25,9°C. Riêng vùng rừng núi Bà Nà ở
độ cao gần 1.500 m, nhiệt độ trung bình khoảng 20°C.
+ Độ ẩm khơng khí trung bình: 83.4%.
+ Lượng mưa trung bình hàng năm: 2.504,57 mm
+ Số giờ nắng bình quân trong năm là 2.156,2 giờ
1.1.2 Vị trí địa lý chiến lược
- Đà Nẵng cách thủ đơ Hà Nội 764 km về phía bắc, cách thành phố Hồ Chí Minh
964 km về phía nam, nằm trên trục giao thông Bắc - Nam về đường bộ, đường sắt,
đường biển và đường hàng không, là một trong những cửa ngõ quan trọng ra biển của
Tây Nguyên và các nước Lào, đông bắc Campuchia, Thái Lan và Myanma.

SVTH: HOÀNG NGỌC QUỐC

GVHD: TS. NGUYỄN HOÀNG MINH

Trang 2


THIẾT KẾ NHÀ MÁY SẢN XUẤT ENZYME PROTEASE TỪ BACILLUS SUBTILIS 500 TẤN SẢN PHẨM/NĂM

- Khoảng cách từ Đà Nẵng đến các trung tâm kinh tế chính của khu vực Đông
Nam Á như Bangkok (Thái Lan), Kuala Lumpur (Malaysia), Singapore, Manila
(Philipines) đều nằm trong khoảng 1.000 - 2.000 km.
- Đà Nẵng cịn là cửa ngõ phía Đơng của Hành lang Kinh tế Đơng - Tây ra Thái

Bình Dương, là cửa vào của các di sản văn hóa và di sản thiên nhiên thế giới (Đô thị
cổ Hội An, Thánh địa Mỹ Sơn, Cố đô Huế, Phong Nha - Kẻ Bàng).
- Đà Nẵng là Thành phố động lực của Vùng Kinh tế trọng điểm miền Trung, gồm
5 tỉnh, thành: Thừa Thiên - Huế, Đà Nẵng, Quảng Nam, Quảng Ngãi và Bình Định.
Trong cơng cuộc cơng nghiệp hóa, hiện đại hóa cả nước. Đà Nẵng cũng đóng góp
một phần lớn vào nên kinh tế của cả nước, để tạo điều kiện phát triển công nghiệp
Thành phố Đà Nẵng đã cho xây dựng khu cơng nghiệp Hịa Cầm, khu cơng nghiệp
Hịa Khánh và đang tiến hành xây dựng Khu Công Nghệ Cao tại AH1, Hòa Liên, Hòa
Vang, Đà Nẵng, Việt Nam.Với những thuận lợi như có nguồn nguyên liệu dồi dào và
giải quyết công ăn việc làm cho nhiều người do tốc độ đơ thị hóa ngày càng nhanh,
nên Khu Cơng Nghệ Cao nhanh chóng thu hút được nhiều nhà đầu tư và nhanh chóng
trở thành khu cơng nghiệp lý tưởng, sản phẩm làm ra với mục đích tiêu thụ ở các thị
truờng miền trung, Tây Nguyên, đi xa hơn nữa là thâm nhập được vào thị trường của
các nước trên thế giới.
Song song với sự phát triển của các ngành như: nông nghiệp, công nghiệp, y tế,
du lịch, dệt may, công nghiệp thực phẩm… thì enzyme cũng đóng một vai trị hết sức
quan trọng, vì nó ảnh hưởng trực tiếp đền các ngành cơng nghiệp khác,trong đó phải
nói đến enzyme protease.Đây là một trong những enzyme rất cần thiết cho nhiều
ngành công nghiệp,chăn ni…Nhưng để cần có đủ lượng enzyme sử dụng trong mơi
trường cơng nghiệp thì theo phương pháp truyền thống chiết từ tự nhiên khơng đủ để
sử dụng. Chính vì lý do đó mà tơi quyết định xây dựng một nhà máy sản xuất enzyme
protease thô theo phương pháp nuôi cấy chìm với chủng vi khuẩn Bacillus subtilis,
năng suất 1500 lít sản phẩm/ngày tại Khu Cơng Nghệ Cao.
1.2 Nguồn ngun liệu
Nguồn nguyên liệu sử dụng trong quá trình chủ yếu là bột sắn. Tuy ở Đà Nẵng

SVTH: HOÀNG NGỌC QUỐC

GVHD: TS. NGUYỄN HOÀNG MINH


Trang 3


THIẾT KẾ NHÀ MÁY SẢN XUẤT ENZYME PROTEASE TỪ BACILLUS SUBTILIS 500 TẤN SẢN PHẨM/NĂM

khơng có nhiều nguồn cung cấp nguyên liệu này nhưng nó rất gần với Quảng Nam,
Huế, Quảng Trị các tỉnh đều có nhà máy sản xuất và chế biến tinh bột sắn.
Thuận tiện giao thông khi được thông hầm Đèo Hải Vân, Đèo Phước Tượng và
Phú Gia thì việc giao thơng đi lại giữa thành phố và các tỉnh thành phía Bắc khơng cịn
gặp trở ngại lớn như trước nữa.
1.3 Hợp tác hoá
Nhà máy đặt trong khu cơng nghiệp nên việc hợp tác hóa, liện hợp hóa được tiến
hành chặt chẽ, do đó việc sử dụng những cơng trình điện, nước, giao thơng, cũng như
việc nhập nguyện liệu và tiêu thụ sản phẩm… được tiến hành thuận lợi cho nên giảm
bớt được vốn đầu tư xây dựng, rút ngắn thời gian hoàn vốn, đồng thời tận dụng tuần
hồn các sản phẩm phụ tránh được ơ nhiễm môi trường.
1.4 Nguồn cung cấp điện
Nguồn cung cấp điện cho nhà máy lấy từ mạng điện lưới quốc gia, nhờ trạm biến
áp 110KV có dịng điện tiêu thụ với điện áp 220/380V. Để đề phịng mất điện nhà máy
có lắp đặt thêm máy phát điện dự phòng.
1.5 Nguồn cung cấp nhiệt
Hơi nước được dùng để tiệt trùng thiết bị, thanh trùng môi trường… Sẽ do nhà
máy tự cung cấp. Do đó, cần có lị hơi riêng, nhiên liệu dùng để đốt lị là than.
Các nguồn nhiên liệu khác thì nhập từ bên ngoài.
1.6 Nguồn nước và vấn đề nước thải nhà máy
Hệ thống cấp nước trong thành phố luôn đảm bảo cho nhu cầu sản xuất và sinh
hoạt hàng ngày. Nhà máy nước Đà Nẵng hiện có cơng suất 120.000𝑚3 /ngày đêm và
dự kiến nâng tổng công suất cấp nước lên 325.000 𝑚3 /ngày đêm vào năm 2020.
Nước là nhu cầu không thể thiết được, nguồn nước cung cấp cho nhà máy được
lấy từ công ty cấp nước Đà Nẵng. Để chủ động nguồn nước nhà máy có thể tự xây

dựng thêm các bể chứa.
Toàn bộ nước thải của nhà máy có chỉ số COD cao và BOD thấp cho nên cần
phải xử lý đạt được yêu cầu cho phép trước khi thải ra ra ngồi mơi trường.
1.7 Giao thơng

SVTH: HOÀNG NGỌC QUỐC

GVHD: TS. NGUYỄN HOÀNG MINH

Trang 4


THIẾT KẾ NHÀ MÁY SẢN XUẤT ENZYME PROTEASE TỪ BACILLUS SUBTILIS 500 TẤN SẢN PHẨM/NĂM

Để thuận lợi cho việc nhập nguyên vật liệu, trang thiết bị, bao bì, nhiên liệu… và
xuất sản phẩm ra khỏi nhà máy thì giao thơng đóng một vai trị quan trọng. Những
năm gần đây thành phố Đà Nẵng liên tục nâng cấp cơ sở hạ tầng, mạng lưới giao thông
đô thị , cảng biển, sân bay ngày càng khang trang hiện đại cho nên rất thuận tiện.
Cảng Tiên Sa
+ Là cảng thương mại lớn thứ ba của Việt Nam sau Cảng Sài Gòn và Cảng Hải
Phịng.
+ Năng lực bốc dỡ hàng hố 4 triệu tấn/năm, có thể tiếp nhận các loại tàu hàng có
trọng tải 45.000DWT và các tàu chuyên dùng khác như tàu container, tàu khách, tàu
hàng siêu trường siêu trọng.
+ Từ Cảng Tiên Sa (Đà Nẵng) hiện có các tuyến tàu biển quốc tế đi Hồng Kông,
Singapore, Nhật Bản, Đài Loan và Hàn Quốc.
- Sân bay quốc tế Đà Nẵng: Công suất phục vụ 6,5 triệu lượt khách/năm, dự kiến
đạt mức 10 triệu hành khách mỗi năm vào năm 2020.
- Hệ thống đường giao thông: Không ngừng được mở rộng, với nhiều công trình
lớn trên địa bàn thành phố như đường Võ Nguyên Giáp, cầu Trần Thị Lý, cầu Rồng,

cầu Nguyễn Tri Phương, cầu Sông Hàn, cầu Tiên Sơn, cầu Thuận Phước, nút giao
thông khác mức Ngã ba Huế… Hệ thống giao thông kết nối với các tỉnh, thành bên
ngồi có hầm đường bộ Hải Vân, Quốc lộ 14B, Quốc lộ 1A và sắp tới là đường cao tốc
Đà Nẵng - Quảng Ngãi (đang triển khai thi công) tạo điều kiện thuận lợi về giao thông
và phát triển du lịch.
1.8 Nguồn lao động [1]
Tính đến năm 2012, lực lượng lao động tồn thành phố là 515.018 người, chiếm
53% tổng dân số của thành phố, trong đó:
- Cơng nhân kỹ thuật : 36.961 người
- Trung cấp

: 35.126 người

- Đại học, cao đẳng

: 106.681 người

- Khác

: 336.250 người

SVTH: HOÀNG NGỌC QUỐC

GVHD: TS. NGUYỄN HOÀNG MINH

Trang 5


THIẾT KẾ NHÀ MÁY SẢN XUẤT ENZYME PROTEASE TỪ BACILLUS SUBTILIS 500 TẤN SẢN PHẨM/NĂM


Theo Quy hoạch phát triển nhân lực của thành phố đến năm 2020, Đà Nẵng có
70% lao động qua đào tạo, trong đó có 21% có trình độ đại học, cao đẳng; 16% có
trình độ trung cấp chun nghiệp và 33% có trình độ cơng nhân kỹ thuật.Lực lượng
lao động của Đà Nẵng chiếm gần 50% dân số thành phố. Theo số liệu thống kê của
Trung tâm Xúc tiến đầu tư thành phố, năm 2014 lao động có trình độ đại học, cao đẳng
chiếm 18% lực lượng lao động thành phố, công nhân kỹ thuật chiếm 9%, trung cấp
chiếm 5% và 68% lực lượng lao động khác. Qua con số thống kê có thể thấy, lực
lượng lao động thành phố được đào tạo cơ bản, có trình độ chun mơn kỹ thuật và tay
nghề, có thể đáp ứng nhu cầu về nguồn nhân lực của các doanh nghiệp tại thành phố
cũng như cả ở khu vực miền Trung.
Hiện nay, tồn thành phố có 24 trường đại học và cao đẳng, 19 trường trung học
chuyên nghiệp và 59 trung tâm dạy nghề. Đại học Đà Nẵng là đại học đa ngành và đa
cấp có quy mơ lớn, đóng vai trị chủ đạo trong việc đào tạo nguồn nhân lực và nghiên
cứu khoa học ở khu vực miền Trung Tây Nguyên nói riêng và cả nước nói chung.
Bên cạnh đó, cơng tác thu hút nguồn nhân lực chất lượng cao cũng luôn được
lãnh đạo thành phố quan tâm, chú trọng. Các cấp, ban, ngành đã triển khai thành cơng
chính sách thu hút nhân tài của thành phố, mà cụ thể là Quyết định 47/2008/QĐUBND về phê duyệt đề án hỗ trợ đào tạo bậc đại học tại các cơ sở giáo dục trong
nước và ở nước ngoài bằng ngân sách Nhà nước dành cho học sinh các trường THPT
trên địa bàn thành phố và Quyết định 17/2010/QĐ-UBND về việc tiếp nhận, bố trí và
chính sách ưu đãi đối với những người tự nguyện đến làm việc tại các cơ quan, đơn vị
thuộc UBND thành phố Đà Nẵng.
1.9 Năng suất nhà máy
Nhà máy được thiết kế theo năng suất đủ cung cấp cho toàn miền trung với lượng
chế phẩm ezyme được sản xuất ra trong năm là 1500 lít sản phẩm/ngày.
Việc xây dựng phân xưởng sản xuất enzyme protease ở vị trí này là phù hợp cho
sự sinh tổng hợp enzyme protease của chủng vi khuẩn Bacillus subtilis có hoạt lực cao.

SVTH: HOÀNG NGỌC QUỐC

GVHD: TS. NGUYỄN HOÀNG MINH


Trang 6


THIẾT KẾ NHÀ MÁY SẢN XUẤT ENZYME PROTEASE TỪ BACILLUS SUBTILIS 500 TẤN SẢN PHẨM/NĂM

CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN TÀI LIỆU
2.1 Protease
2.1.1 Khái quát về protease
Protease (EC 3.4…) là nhóm enzym xúc tác sự thủy phân liên kết peptide
(CO_NH) trong phân tử protein và peptide thành các axit amin tự do và một ít peptide
trọng lượng phân tử nhỏ. Cơ chế thủy phân như sau:

Hình 2.1 Cơ chế thủy phân của protease
Thường các protease trong cơ thể tồn tại ở dạng khơng hoạt động (zymogen) và
có thể chuyển thành dạng hoạt động do chính protease tương ứng tác động bằng sự cắt
đứt một hay một số liên kết peptide trong phân tử zymogen, khi đó sẽ làm thay đổi cấu
trúc phân tử theo hướng có lợi cho hoạt động xúc tác, enzym chuyển sang trạng thái
hoạt động.
2.1.2. Phân loại protease
Dựa vào vị trí tác dụng cua protease lên các liên kết peptide trong phân tử
protein, người ta chia protease ra làm hai nhóm chính:
Endopeptidase (protease): chủ yếu phân giải các liên kết peptide nằm trong phân
tử protein tạo thành những đoạn peptide có trọng lượng phân tử nhỏ (polypeptide
mạch ngắn, peptone…). Nhóm các protease tiêu hóa chủ yếu ở người và động vật gồm
có: pepsin và renin có trong dạ dày, trypsin và chymotrypsin của tuyến tụy và niêm
mạc ruột non thuộc nhóm này.
Exopeptidase (polypeptidase): chủ yếu phân cắt liên kết ở hai đầu mạch. Ví dụ:
nhóm cacboxylpeptidase và aminopeptidase phân giải liên kết peptide từ hai đầu mạch
polypeptide có nhóm cacboxyl và amin tự do.


SVTH: HOÀNG NGỌC QUỐC

GVHD: TS. NGUYỄN HOÀNG MINH

Trang 7


THIẾT KẾ NHÀ MÁY SẢN XUẤT ENZYME PROTEASE TỪ BACILLUS SUBTILIS 500 TẤN SẢN PHẨM/NĂM

Dựa vào thành phần amino acid và vùng pH tối ưu cho hoạt động của protease,
người ta chia protease thành các nhóm như sau:
Protease axit: pepsin, renin... hoạt động ở vùng pH axit. Loại protease được thu
nhận từ nấm mốc có bào tử màu đen, xám như Asp.niger, Asp.awamori, Asp.saitoi...
có pH hoạt động từ 2.5-3.0.
Protease kiềm: trypsin, chymotrypsin... hoạt động ở vùng pH kiềm, có nhiều ở hệ
enzym ruột non, tuyến tụy, nấm men.
Protease trung tính: amylase, papain... hoạt động ở vùng pH trung tính. Loại
protease này có rất nhiều ở các lồi nấm mốc khác nhau, chủ yếu là các loài nấm mốc
màu vàng như: Asp.oryzae, Asp.flavus, Asp.fumigatus, Asp.tericola. Ngồi nấm mốc ra
protease trung tính còn thấy ở vi khuẩn Bacillus.
Tuy nhiên, việc tạo ra các loại protease axit, trung tính hay kiềm cịn phụ thuộc
rất nhiều ở thành phần môi trường hoặc vào cơ chất mà chúng tác dụng.
Dựa vào cơ chế thủy giải liên kết peptide liên quan tới cấu trúc đặc biệt của trung
tâm hoạt động. Protease được chia làm 4 nhóm nhỏ, tên các nhóm này gồm tên của các
axit amin quan trọng nhất có vai trị xúc tác trong trung tâm hoạt động enzym:
Serin - protease: là những protease có nhóm (-OH) của serin trong trung tâm hoạt
động. Các serin - protease hoạt động ở vùng pH kiềm và có tính đặc hiệu tương đối
rộng. Tính đặc hiệu của chúng thể hiện về phía gốc axit amin chứa nhóm (-CO-) của
liên kết peptide bị thủy phân. Nhóm (-OH-) có vai trò quan trọng với hoạt động xúc

tác của enzym.
Cystein - protease: các enzym thuộc nhóm này có nhóm (-SH) của cystein trong
trung tâm hoạt động. Nhóm (-SH) này có vị trí đặc biệt trong trung tâm hoạt động xúc
tác của enzym vì nó có khả năng phản ứng cao, tham gia nhiều biến đổi hố học như
oxy hóa, phosphoryl hóa... Các cysteine - protease thường hoạt động mạnh ở pH trung
tính và có tính đặc hiệu rộng, chúng chỉ hoạt động khi nhóm (-SH-) trong trung tâm
hoạt động khơng bị bao vây. Ví dụ như một sốion kim loại nặng đặc biệt là các muối
thủy ngân và các chất như iodacetamid có tác dụng ức chế eystein - protease cịn các
chất oxy hóa như: iod, 𝐻2 𝑂2 . Có khả năng gắn với ion kim loại nên thường làm tăng
độbền của enzym nhóm này.

SVTH: HỒNG NGỌC QUỐC

GVHD: TS. NGUYỄN HỒNG MINH

Trang 8


THIẾT KẾ NHÀ MÁY SẢN XUẤT ENZYME PROTEASE TỪ BACILLUS SUBTILIS 500 TẤN SẢN PHẨM/NĂM

Aspartic - protease: là những protease chứa nhóm (-COOH) của axit aspartic
trong trung tâm hoạt động, đóng vai trị xúc tác trong trung tâm hoạt động của enzym.
Các aspartic - protease thường hoạt động mạnh ở pH axit. Chúng có tính đặc hiệu đối
với các axit amin vòng thơm hoặc axit amin kỵ nước ở 2 nhánh của vòng thơm.
Metallo - protease: là những protease trong trung tâm hoạt động của chúng có các
ion kim loại trực tiếp tham gia phản ứng. Các metallo - protease thường hoạt động
mạnh nhất ở vùng pH trung tính và có tính đặc hiệu về phía gốc axit amin chứa nhóm
(-NH-) của liên kết peptid. Chúng có thể tác dụng lên nhóm các liên kết peptid chứa
nhóm (-NH-) của các axit amin kỵ nước có kích thước lớn hoặc liên kết peptid được
tạo thành từ các axit amin có phân tử lượng thấp. Cơ chế thủy giải của metallo protease được trình bày ở hình 2.5

2.1.3. Các yếu tố ảnh hưởng đến tốc độ thủy phân của protease
Tốc độ thủy phân của enzym chịu ảnh hưởng của rất nhiều yếu tố như:
- Ảnh hưởng của nồng độ enzym: khi nồng độ enzym thấp, lượng cơ chất lớn, tốc
độ phản ứng thủy phân phụ thuộc vào nồng độ enzym. Khi nồng độ enzym tăng, tốc độ
phản ứng thủy phân tăng tới giá trị giới hạn v = 𝑣𝑚𝑎𝑥 , nếu nồng độ enzym tiếp tục tăng
thì tốc độ phản ứng thủy phân tăng khơng đáng kể, thậm chí khơng tăng nữa.
- Ảnh hưởng của nồng độ cơ chất: Nồng độ cơ chất có ảnh hưởng lớn đến tốc độ
phản ứng thủy phân. Khi càng tăng nồng độ cơ chất tốc độ phản ứng thủy phân càng
tăng nhưng khi tốc độ phản ứng thủy phân đạt gần tới giới hạn v =𝑣𝑚𝑎𝑥 , nếu tiếp tục
tăng nồng độ cơ chất thì tốc độ phản ứng thủy phân hầu như không tăng.
- Ảnh hưởng của chất kìm hãm: là những chất vơ cơ hay hữu cơ mà khi có sự
hiện diện của chúng enzym có thể bị giảm hoặc mất hoạt tính. Mỗi một enzym sẽ có
các chất kìm hãm khác nhau, do đó khi sử dụng enzym phải biết rõ các chất kìm hãm
thích hợp của nó để điều chỉnh phản ứng.
- Ảnh hưởng của chất hoạt hóa: Là những chất có thể làm tăng hoạt tính enzym
bằng cách gián tiếp hay trực tiếp.
- Hoạt hóa gián tiếp: chất hoạt hóa làm tăng tốc độ phản ứng thủy phân của
enzym bằng cách loại trừ chất kìm hãm khỏi hỗn hợp phản ứng hoặc tham gia phản
ứng nhưng không tác dụng trực tiếp với phân tử enzym.

SVTH: HOÀNG NGỌC QUỐC

GVHD: TS. NGUYỄN HOÀNG MINH

Trang 9


THIẾT KẾ NHÀ MÁY SẢN XUẤT ENZYME PROTEASE TỪ BACILLUS SUBTILIS 500 TẤN SẢN PHẨM/NĂM

Ví dụ: Axit ascorbic có thể trực tiếp tham gia trong phân tử kết hợp và tách thuận

nghịch hydro nên chúng có tác dụng hoạt hóa các enzym xúc tác cho phản ứng oxy
hóa theo kiểu này.
- Hoạt hóa trực tiếp: các chất hoạt hóa thường tác dụng vào trung tâm hoạt động
của enzym hoặc làm biến đổi cấu hình khơng gian của phân tử protein theo hướng có
lợi cho hoạt động xúc tác. Nhiều ion kim loại như Mn𝑃2 +P, Ca𝑃2 +P, Ni𝑃2 +P, Zn𝑃2 +P
là những chất hoạt hóa phổ biến của các peptide-hydrolase.
Các chất hoạt hóa này có bản chất hóa học khác nhau có thể là ion kim loại,
anion hoặc chất hữu cơ. Tuy nhiên, các chất hoạt hóa chỉ có tác dụng trong giới hạn
nồng độ xác định, khi dùng quá nồng độ cho phép hoạt tính của enzym sẽ giảm.
- Ảnh hưởng của nhiệt độ: thành phần enzym là protein nên kém bền với nhiệt,
chúng chỉ có hoạt tính trong khoảng nhiệt độ thấp hơn nhiệt độ làm chúng bị biến tính.
Trong khoảng nhiệt độ đó, khi nhiệt độ tăng tốc độ phản ứng tăng.
- Ảnh hưởng của pH: pH có ảnh hưởng mạnh mẽ đến hoạt tính enzym vì enzym
ảnh hưởng đến mức độ ion hóa cơ chất, ion hóa enzym và đến độ bền protease. Đa số
enzym có khoảng pH thích hợp từ 5-9. Với nhiều protease pH thích hợp ở vùng trung
tính nhưng cũng có một số protease pH thích hợp nằm trong vùng axit (pepsin,
protease axit của VSV…) hoặc nằm trong vùng kiềm (trypsin, subtilin…). Với từng
enzym, giá trị pH hoạt động có thể thay đổi khi nhiệt độ, loại cơ chất thay đổi.
- Ảnh hưởng của thời gian thủy phân: thời gian thủy phân cũng ảnh hưởng đến
quá trình thủy phân, nếu thời gian càng dài thì phản ứng thủy phân xảy ra càng triệt để
lúc đó enzym có thể thủy phân hồn tồn cơ chất, nhưng nếu thời gian quá dài cũng
ảnh hưởng đến hoạt tính của enzym.
- Ảnh hưởng của nước: là mơi trường để phát tán enzym và cơ chất, nước lại vừa
trực tiếp tham gia phản ứng nên tỉ lệ nước có ảnh hưởng lớn đến tốc độ, chiều hướng
và nước cũng là một yếu tố điều chỉnh phản ứng thủy phân bởi enzym.
2.1.4. Nguồn thu nhận enzym protease
2.1.4.1. Từ động vật
Protease động vật có ở dạ dày, tụy tạng, niêm mạc ruột non…

SVTH: HOÀNG NGỌC QUỐC


GVHD: TS. NGUYỄN HOÀNG MINH

Trang 10


THIẾT KẾ NHÀ MÁY SẢN XUẤT ENZYME PROTEASE TỪ BACILLUS SUBTILIS 500 TẤN SẢN PHẨM/NĂM

Ví dụ: Pepsin có trong dịch vị của động vật có vú, chim, bị sát và cá. Ở heo thì
pepsin tập trung chủ yếu ở phần đáy dạ dày.
Renin có ở dịch tiêu hóa của ngăn thứ tư dạ dày bê dưới 5 tháng tuổi là enzym
đơng tụ sữa điển hình trong cơng nghệ sản xuất phomat.
Trypsin có trong dịch tụy của người và động vật.
2.1.4.2. Từ thực vật
Protease thực vật có ở các thành phần khác nhau của cây như: thân, lá và đặc biệt
có nhiều ở quả.
Ví dụ: Bromelin có trong quả và thân của cây dứa.
Papain có trong quả và nhựa cây đu đủ cịn xanh.
Ficin có trong quả, nhựa cây sung và cây vả.
2.1.4.3. Từ VSV
Nhiều VSV có khả năng tổng hợp mạnh protease như vi khuẩn, xạ khuẩn, nấm
mốc. Các enzym này có thể ở trong tế bào (enzym nội bào) hoặc được tiết vào môi
trường nuôi cấy (enzym ngoại bào). Cho đến nay các enzym protease ngoại bào được
nghiên cứu kỹ hơn và ứng dụng nhiều trong các ngành công nghiệp hơn protease nội
bào.
- Protease từ vi khuẩn
- Các vi khuẩn có khả năng tổng hợp protease như: Bac.subtilis, Bac.cireulans,
Bac.thermophilus, Cl.perfringens, Ps.aeruginosa,... Có 2 loại protease vi khuẩn, chúng
khác nhau về pH, độ ổn định và cấu trúc trung tâm hoạt động:
+ Protease kiềm của vi khuẩn : như subtilisin hoạt động ở pH 7 - 11. Chúng có

hoạt tính xúc tác ở vị trí gốc serin và thường bị ức chế bởi tác nhân kiềm.
+ Protease trung tính của vi khuẩn: là metallo - enzym có hoạt tính xúc tác trong
khoảng pH 6 - 9.
- Protease từ nấm mốc
Các nấm mốc có khả năng tổng hợp protease như: Asp.oryzae, Asp.satoi,
Asp.awamori, Asp.niger, Asp.tericole,...Protease nấm mốc được chia thành 3 loại:

SVTH: HOÀNG NGỌC QUỐC

GVHD: TS. NGUYỄN HOÀNG MINH

Trang 11