Nghiên cứu quy trình dịch hóa, đường hóa và lên men ethanol đồng thời ở nồng độ chất khô cao từ gạo

Nghiên cứu quy trình dịch hóa, đường hóa và lên men ethanol đồng thời ở nồng độ chất khô cao từ gạo.Nghiên cứu quy trình dịch hóa, đường hóa và lên men ethanol đồng thời ở nồng độ chất khô cao từ gạo.Nghiên cứu quy trình dịch hóa, đường hóa và lên men ethanol đồng thời ở nồng độ chất khô cao từ gạo.Nghiên cứu quy trình dịch hóa, đường hóa và lên men ethanol đồng thời ở nồng độ chất khô cao từ gạo.Nghiên cứu quy trình dịch hóa, đường hóa và lên men ethanol đồng thời ở nồng độ chất khô cao từ gạo.Nghiên cứu quy trình dịch hóa, đường hóa và lên men ethanol đồng thời ở nồng độ chất khô cao từ gạo.Nghiên cứu quy trình dịch hóa, đường hóa và lên men ethanol đồng thời ở nồng độ chất khô cao từ gạo.Nghiên cứu quy trình dịch hóa, đường hóa và lên men ethanol đồng thời ở nồng độ chất khô cao từ gạo.Nghiên cứu quy trình dịch hóa, đường hóa và lên men ethanol đồng thời ở nồng độ chất khô cao từ gạo.Nghiên cứu quy trình dịch hóa, đường hóa và lên men ethanol đồng thời ở nồng độ chất khô cao từ gạo.Nghiên cứu quy trình dịch hóa, đường hóa và lên men ethanol đồng thời ở nồng độ chất khô cao từ gạo.Nghiên cứu quy trình dịch hóa, đường hóa và lên men ethanol đồng thời ở nồng độ chất khô cao từ gạo.Nghiên cứu quy trình dịch hóa, đường hóa và lên men ethanol đồng thời ở nồng độ chất khô cao từ gạo.Nghiên cứu quy trình dịch hóa, đường hóa và lên men ethanol đồng thời ở nồng độ chất khô cao từ gạo.Nghiên cứu quy trình dịch hóa, đường hóa và lên men ethanol đồng thời ở nồng độ chất khô cao từ gạo.Nghiên cứu quy trình dịch hóa, đường hóa và lên men ethanol đồng thời ở nồng độ chất khô cao từ gạo.Nghiên cứu quy trình dịch hóa, đường hóa và lên men ethanol đồng thời ở nồng độ chất khô cao từ gạo.Nghiên cứu quy trình dịch hóa, đường hóa và lên men ethanol đồng thời ở nồng độ chất khô cao từ gạo.Nghiên cứu quy trình dịch hóa, đường hóa và lên men ethanol đồng thời ở nồng độ chất khô cao từ gạo.Nghiên cứu quy trình dịch hóa, đường hóa và lên men ethanol đồng thời ở nồng độ chất khô cao từ gạo.

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI TIỀN TIẾN NAM NGHIÊN CỨU QUY TRÌNH DỊCH HÓA, ĐƯỜNG HÓA VÀ LÊN MEN ETHANOL ĐỒNG THỜI Ở NỒNG ĐỘ CHẤT KHÔ CAO TỪ GẠO LUẬN ÁN TIẾN SĨ CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM Hà Nội - 2023 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI TIỀN TIẾN NAM NGHIÊN CỨU QUY TRÌNH DỊCH HĨA, ĐƯỜNG HÓA VÀ LÊN MEN ETHANOL ĐỒNG THỜI Ở NỒNG ĐỘ CHẤT KHƠ CAO TỪ GẠO Ngành: Cơng nghệ Thực phẩm Mã số: 9540101 LUẬN ÁN TIẾN SĨ CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS TS Chu Kỳ Sơn TS Phạm Tuấn Anh Hà Nội - 2023 LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan số liệu kết nghiên cứu Luận án trung thực chưa tác giả khác công bố Tôi xin cam đoan giúp đỡ việc hoàn thành Luận án cảm ơn thơng tin trích dẫn Luận án ghi rõ nguồn gốc Tơi xin hồn tồn chịu trách nhiệm số liệu Luận án Hà Nội, ngày tháng năm 2023 Tiền Tiến Nam Tập thể GVHD PGS.TS Chu Kỳ Sơn TS Phạm Tuấn Anh i LỜI CẢM ƠN Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới Thầy giáo hướng dẫn khoa học PGS TS Chu Kỳ Sơn TS Phạm Tuấn Anh tận tình dẫn, giúp đỡ động viên suốt thời gian thực luận án Tôi xin gửi lời cảm ơn tới quý thầy, cô giáo Bộ môn Công nghệ Thực phẩm - Viện Công nghệ Sinh học Công nghệ Thực phẩm - Đại học Bách khoa Hà Nội bạn bè, đồng nghiệp giúp đỡ hướng dẫn, bảo suốt thời gian thực luận án Tơi xin cảm ơn Phịng Đào tạo Đại học Bách khoa Hà Nội ủng hộ tinh thần tạo điều kiện thuận lợi để tơi hồn thành luận án Tơi xin chân thành cảm ơn Trường Đại học Công nghiệp Thực phẩm TP Hồ Chí Minh tạo điều kiện để tham gia học tập ủng hộ vật chất, tinh thần trình thực luận án Tôi xin chân thành cám ơn Trung tâm thực hành thí nghiệm - Trường Đại học Cơng nghiệp Thực phẩm TP Hồ Chí Minh sinh viên giúp đỡ tơi nghiên cứu Tơi xin chân thành cảm ơn người thân gia đình, người bạn động viên khích lệ cho tơi có chun tâm động lực phấn đấu thực luận án Hà Nội, ngày tháng năm 2023 Tiền Tiến Nam ii MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN .i LỜI CẢM ƠN ii MỤC LỤC iii DANH MỤC KÍ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT .vi DANH MỤC HÌNH .viii DANH MỤC BẢNG x MỞ ĐẦU TỔNG QUAN TÀI LIỆU .4 Tình hình sản xuất cồn giới Việt Nam .4 Tình hình sản xuất cồn giới Tình hình sản xuất cồn Việt Nam Một số công nghệ sản xuất cồn từ nguyên liệu chứa tinh bột Công nghệ sản xuất cồn không gia nhiệt .7 Nguyên liệu sản xuất cồn 11 Nguồn chất sản xuất cồn .11 Nguyên liệu gạo sản xuất cồn 12 Enzym sản xuất cồn từ nguyên liệu chứa tinh bột 16 Nấm men dùng công nghệ sản xuất cồn 22 Các yếu tố công nghệ chế thủy phân nguyên liệu quy trình sản xuất cồn khơng gia nhiệt nồng độ chất khô cao 26 Ảnh hưởng chế độ nghiền kích thước nguyên liệu 26 Ảnh hưởng nồng độ enzym thủy phân nguyên liệu sống 27 Cơ chế thủy phân enzym nguyên liệu quy trình SLSF-VHG 27 Động học quy trình sản xuất cồn khơng gia nhiệt 30 Ảnh hưởng nồng độ chất khô 31 Ảnh hưởng mật độ nấm men 32 Ảnh hưởng số yếu tố cơng nghệ khác 32 Tình hình ứng dụng quy trình sản xuất cồn khơng gia nhiệt .33 Ứng dụng chân không tách cồn đồng thời trình lên men .34 iii NGUYÊN VẬT LIỆU, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 38 Nguyên vật liệu 38 Gạo 38 Chế phẩm enzym .38 Chế phẩm nấm men 39 Chất bổ sung 39 Hóa chất, thiết bị, địa điểm nghiên cứu .39 Nội dung nghiên cứu 40 Nội dung 1: Lựa chọn loại gạo, enzym, nấm men cho quy trình sản xuất cồn không gia nhiệt nồng độ chất khô cao 40 Nội dung 2: Nghiên cứu điều kiện công nghệ, động học chế biến đổi thành phần dịch lên men quy trình SLSF-VHG 40 Nội dung 3: Nghiên cứu ứng dụng quy trình SLSF-VHG để sản xuất cồn quy mô 100 L dịch lên men 40 Nội dung 4: Nghiên cứu lên men chưng cất chân không tách cồn đồng thời quy trình SLSF-VHG 41 Phương pháp nghiên cứu 41 Bố trí thí nghiệm .42 Phương pháp phân tích 49 Phương pháp thống kê xử lý số liệu thực nghiệm 53 KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 54 Lựa chọn loại gạo, enzym, nấm men cho quy trình SLSF-VHG .54 Lựa chọn gạo cho quy trình SLSF-VHG 54 Lựa chọn enzym đường hóa phụ trợ cho quy trình SLSF-VHG .57 Lựa chọn chế phẩm nấm men 59 Nghiên cứu điều kiện công nghệ, động học chế biến đổi thành phần dịch lên men quy trình SLSF-VHG .64 Lựa chọn kích thước lưới nghiền bột gạo 64 Ảnh hưởng nồng độ enzym đường hóa (Stargen 002) 66 Ảnh hưởng nguồn nitơ 69 Ảnh hưởng nồng độ chất khô 81 Ảnh hưởng mật độ nấm men 83 iv Xây dựng quy trình cơng nghệ sản xuất cồn SLSF-VHG quy mơ phịng thí nghiệm (1 L dịch lên men) 85 Động học trình sản xuất cồn không gia nhiệt nồng độ chất khô cao .87 Hình thái, cấu trúc bột gạo quy trình SLSF-VHG 91 Nghiên cứu ứng dụng quy trình SLSF-VHG để sản xuất cồn quy mô 100 L dịch lên men 95 Nghiên cứu quy trình SLSF-VHG quy mơ 100 L dịch lên men .96 Thống kê điện, nước chi phí sản xuất cồn quy mơ 100 L .100 Nghiên cứu lên men chưng cất chân không tách cồn đồng thời quy trình SLSF-VHG 102 Ảnh hưởng thời gian chưng cất chân không đến hiệu suất thời gian lên men 102 Nghiên cứu nâng cao nồng độ chất khô quy trình SLSF-VHG chưng cất chân khơng .104 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 112 Kết luận 112 Kiến nghị 113 DANH MỤC CÁC CƠNG TRÌNH ĐÃ CƠNG BỐ CỦA LUẬN ÁN 114 TÀI LIỆU THAM KHẢO 115 PHỤ LỤC v DANH MỤC KÍ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT Ký hiệu viết tắt Tên tiếng Anh Nghĩa tiếng Việt SLSF Simultaneous liquefaction, saccharification and fermentation Dịch hóa, đường hóa lên men đồng thời VHG Very high gravity Nồng độ chất khô cao SSF Simultaneous saccharification and fermentation Đường hóa lên men đồng thời DP Degree of polymerization Độ trùng hợp (chiều dài mạch) RF Rice flour Bột gạo tb cells Tế bào CFU Colony form units Đơn vị hình thành khuẩn lạc DNS 3,5-Dinitrosalicylic acid Thuốc thử DNS SEM Scanning electron microscope Kính hiển vi điện tử quét XRD X-ray diffraction Phổ nhiễu xạ tia X CrI Crystallinity Index Chỉ số tinh thể GA Glucoamylase Enzym glucoamylase μmax Maximum specific growth rate Tốc độ tăng trưởng riêng cực đại QP Ethanol productivity Tốc độ tạo cồn YP/S The yield coefficient of ethanol Hiệu suất tạo sản phẩm/đơn production vị chất HSLM Fermentation yield Hiệu suất lên men GAU Glucoamylase unit Đơn vị hoạt độ enzym glucoamylase SAPU Spectrophotometric acid protease units Đơn vị hoạt độ enzym protease vi HPLC High-performance liquid chromatography Sắc ký lỏng hiệu cao GC Gas chromatography Sắc ký khí kDa Kilodalton Kilodalton TCVN Vietnamese National Standards Tiêu chuẩn Việt Nam FAN Free amino nitrogen Nitơ amin tự v/v Volume/volume Thể tích/thể tích w/v Weight/volume Khối lượng/thể tích w/w Weight/weight Khối lượng/khối lượng AML Amigase Mega L SC Spirizyme DA Distillase ASP ER Ethanol Red TD Thermosacc Dry AS Angel super alcohol CK Dry solid Chất khô SBD Starch - binding domain Vùng gắn tinh bột CD Catalytic domain Vùng xúc tác cs et al Cộng SLSFD Simultaneous liquefaction, saccharification and fermentation and distillation Dịch hóa, đường hóa lên men chưng cất đồng thời vi DANH MỤC HÌNH Hình 1.1 Tình hình sản xuất cồn giới Hình 1.2 Sản lượng cồn nhiên liệu theo quốc gia năm 2021 Hình 1.3 Quy trình sản xuất cồn tiết kiệm lượng Hình 1.4 Quy trình dịch hóa, đường hóa lên men đồng thời nồng độ chất khô cao 10 Hình 1.5 Hình ảnh tinh bột gạo [73] 14 Hình 1.6 Cấu tạo bột gạo [68,73] 16 Hình 1.7 Cấu tạo enzym α-amylase [99,102] 17 Hình 1.8 Cơ chế phân cắt nhóm glycosyl α-amylase từ vi khuẩn Bacillus [104] 18 Hình 1.9 Cấu tạo glucoamylase từ A niger [96] 18 Hình 1.10 Cơ chế thủy phân glucoamylase [109,110] 19 Hình 1.11 Cơ chế thủy phân enzym Stargen 001 tinh bột ngơ [32] 28 Hình 1.12 Hình thái bột sắn bị thủy phân [162] .29 Hình 2.1 Sơ đồ thí nghiệm xác định loại gạo, enzym đường hóa phụ trợ, nấm men 42 Hình 2.2 Mơ hình thí nghiệm lên men chưng cất cân khơng tách cồn đồng thời [173] 48 Hình 3.1 Biến đổi nồng độ cồn theo loại gạo quy trình SLSF-VHG 55 Hình 3.2 Ảnh hưởng enzym phụ trợ đến đường tổng, độ cồn 58 Hình 3.3 Biến đổi độ cồn đường tổng (a), đường khử (b) theo loại nấm men 60 Hình 3.4 Đường cong sinh trưởng nấm men ER, TD AS 62 Hình 3.5 Hình ảnh tế bào nấm men ER, TD AS .63 Hình 3.6 Phân bố kích thước hạt theo kích thước lưới nghiền .64 Hình 3.7 Nồng độ cồn theo kích thước lưới nghiền .65 Hình 3.8 Biến đổi đường tổng-độ cồn (a), đường khử (b) theo nồng độ enzym Stargen 002 .67 Hình 3.9 Ảnh hưởng urea protease đến độ cồn - đường tổng (a), đường khử (b) 70 Hình 3.10 Biến đổi protein hịa tan (a), FAN (b) dịch lên men 72 vi