Sản xuất cồn bằng phương pháp lên men truyền thống

1 : 1.1 : Họ (Family) : Poaceae/Gramineae (Hoà thảo) Phân họ (Subfamily) : Oryzoideae Tộc (Tribe) : Oryzeae Chi (Genus) : Oryza Lồi (species) : Oryza Sativar L Hình 1.1: Cây lúa (Oryza sativa) Cây lúa thích hợp sinh trưởng nơi đầm lầy, khí hậu nhiệt đới, chịu ảnh hưởng khí hậu gió mùa 1.2 : Vỏ trấu (husk): lớp bao hạt Gồm tế bào rỗng có thành cellulose Các tế bào vỏ trấu kết với nhờ khoáng lignin Vỏ trấu có gân rõ, xù xì ráp nên dễ bám vi sinh vật Màu sắc vỏ trấu đa dạng: màu nâu, vàng Độ dày vỏ trấu phụ thuộc vào giống hạt, độ mẩy: khoảng 0,12 – 0,15 mm, chiếm khoảng 18 – 19,6% so với toàn hạt Vỏ quả: thành phần gồm cellulose, pentosan, pectin, khống Chiều dày tế bào khơng giống nhau, gần phôi lớp vỏ mỏng Vỏ hạt: liên kết chặt với lớp aleurone, liên kết lỏng lẻo với lớp vỏ Lớp vỏ hạt chứa cellulose nhiều protid glucid vỏ Lớp aleurone: bao bọc nội nhũ phôi Chiếm khoảng – 12% khối lượng hạt Chứa nhiều protid (chủ yếu enzym), tinh bột, cellulose, pentosan, lipid, phần lớn vitamin khoáng hạt Khi xay xát hạt, lớp aleurone bị vụn thành cám Do có chứa nhiều lipid khơng no nên cám dễ bị oxi hóa gây mùi hôi Nội nhũ: phần dự trữ chất dinh dưỡng hạt Tế bào nội nhũ lớn, thành mỏng Chứa tinh bột, protid, lượng nhỏ lipid, khoáng, cellulose số sản phẩm phân giải tinh bột dextrin, đường Phôi: chứa nhiều chất dinh dưỡng cần cho phát triển Gồm: protid, glucid hòa tan, nhiều lipid, khống, cellulose, vitamin Phơi dễ bị hư hỏng, chất dinh dưỡng phôi dễ bị biến đổi 1.3 : : - – 10 µm – - Tỉ lệ thành phần amylose amylopectin có liên quan đến độ dẻo hạt: Hàm lượng amylose hạt định độ dẻo hạt Nếu hạt có 10-18% amylose gạo mềm, dẻo, từ 25-30% gạo cứng Các loại gạo Việt Nam có hàm lượng amylose thay đổi từ 18-45%, cá biệt có giống lên đến 54% - : 70 – 80o C Protein: - Albumin 5%, globulin 10%, prolamin 5%, glutelin 80% , lớp aleurone giảm dần vào tâm nội nhũ Do gạo xát kỹ hàm lượng protein giảm Các giống lúa Việt Nam có lượng protein thấp 5,25%, cao 12,84%, phần lớn khoảng 7-8%, lúa nếp có lượng protein cao tẻ, lúa chiêm có lượng protein cao Bảng 1.1: Thành phần hóa học 100g gạo Loại gạo Các số Tám thơm Chiêm canh Mộc tuyền Nếp Nước (% theochất khô) 12 11.5 12.2 11.8 Nitơ (% theo chất khơ) 1.13 1.34 1.25 1.29 Nitơ hồ tan (% theo chất khô) 0.15 0.1 0.1 0.08 Đường chung (% chất khô) 0.71 0.92 0.87 0.71 Đường khử (% theo chất khô) 0.19 0.13 0.16 0.21 Tinh bột (% theo chất khô) 85 83 82.4 84.8 Dextrin (% theo chất khô) 0.7 0.95 0.72 2.2 Cellulose (% theo chất khô) 0.46 0.53 0.45 0.49 Tro (% theo chất khô) 0.72 0.7 0.72 0.61 Vitamin B1 mg% - 0.05 0.068 - Vitamin B2 mg% - 0.012 0.024 - 1.4 : 1.4.1 - : Hạt gạo cấu tạo chủ yếu từ tinh bột, cellulose, protein có nhóm hydroxyl háo nước, nhóm –SH, -SCH3 có khả liên kết với khí ẩm tạo hấp thụ hóa học hấp thụ vật lý - Trong hạt có nhiều mao quản có kích cỡ từ 10 -7 – 10-3 cm nên dễ dàng hấp phụ ngưng tụ mao quản - Khối hạt có độ rỗng giúp chất khí dễ dàng xâm nhập sâu bên - Các yếu tố ảnh hưởng đến ẩm cân hạt: nhiệt độ, độ ẩm tương đối khơng khí loại hạt khác n t(o C) - Độ ẩm tương đối khơng khí (%) 20 30 40 50 60 70 80 90 100 20 8,0 9,6 10,9 12,0 13,0 14,6 16,0 18,7 - 30 - 8,3 9,8 10,7 11,8 13,1 14,7 17,3 22,5 Hàm lượng nước ảnh hưởng tới tính chất vật lý hạt Hoạt độ nước ảnh hưởng tới hoạt động enzyme vi sinh vật hạt làm giảm chất lượng hạt Ngoài ra, hoạt độ nước cao, hạt hô hấp mạnh làm tổn thất chất khô nhiều đồng thời sinh nhiệt sinh thêm nước q trình hơ hấp mạnh 1.4.2 : 1.4.2.1.Điều kiện bảo quản: - Sấy khô gạo đến độ ẩm 13%, bảo quản bao thùng chứa gỗ, kim loại - Không xếp bao tiếp xúc trực tiếp nhà mà phải kê lên cao 20cm cách tường 50cm 1.3: Ảnh hưởng thời gian bảo quản đến số thành phần hóa học gạo Thời gian Protein tiêu hóa Tinh bột tiêu hóa bảo quản được (tháng) (%) (%) Tổng đường hòa tan (%) 10o C 25o C 45o C 10o C 25o C 45o C 10o C 25o C 45o C 69,0 69,0 69,0 70,0 70,0 70,0 4,4 4,4 4,4 69,0 65,0 63,0 70,0 64,0 62,0 4,5 5,1 4,1 69,0 63,0 60,0 70,0 61,0 57,0 4,6 5,8 2,8 1.4.2.2 : Tinh bột bị thủy phân thành dextrin, maltodextrin, maltose, glucose tác dụng enzyme amylase - Hao hụt tinh bột hô hấp - Vi sinh vật thủy phân hay lên men tinh bột: nấm mốc (Aspergillus niger ) nấm men (Saccharomyces) 1.4.2.3 : Tỷ lệ nhóm protein thay đổi trình thủy phân tác dụng hệ enzyme protease có hạt hay vi sinh vật tiết ra: - Xuất trình trùng hợp peptid mạch ngắn tạo thành protein có khối lượng phân tử cao - Vi sinh vật hiếu khí phân hủy acid amin thành acid hữu NH3 - Các vi khuẩn kị khí phân hủy acid amin theo hướng tạo CO amin - Nếu phối trộn vi khuẩn kị khí hiếu khí biến đổi protein phức tạp tạo sản phẩm phenol, scatol, crezol, indol, mercaptan chất gây độc tiết nước bọt nhiều gây co giật, tạo mùi vị khó chịu, chí mùi thối cho khối hạt bảo quản 1.4.2.4 : Thuỷ phân chất béo cho glycerine acid béo làm chua hạt - Nếu acid béo mạch ngắn xuất mùi hôi - Phân hủy chất béo sinh nhiệt lượng lớn làm nóng khối hạt 1.4.2.5 : Trong q trình bảo quản hạt xảy q trình hơ hấp hiếu khí hơ hấp yếm khí Đối với hạt giàu béo, q trình hơ hấp, chất béo bị oxy hóa để thu lượng Ảnh hưởng hô hấp tới chất lượng khối hạt: - Tổn thất chất khơ thất nước, nhiệt, khí - Tăng hàm ẩm khối hạt nước sinh - Tăng nhiệt độ đống hạt - Thay đổi thành phần khơng khí đống hạt: giảm O tăng CO - Lượng hợp chất hữu sinh rượu ethanol tích tụ làm khả nảy mầm giảm Các yếu tố ảnh hưởng tới q trình hơ hấp: - Ngun liệu - Độ ẩm - Nhiệt độ - Mức độ thông thống khí thành phần khơng khí 1.4.2.6.Những biến đổi khác: - - - 1.5 l 1.5.1 : : - Màu sắc: trắng trong, không bị biến màu - Mùi: khơng có mùi lạ - Vị: khơng có vị lạ 1.5.2 : 1.4: Phân loại theo chiều dài hạt gạo lật Dạng hạt Chiều dài Thon dài Trên 7,50 Dài Từ 6,61 đến 7,50 Trung bình Từ 5,51 đến 6,60 Ngắn Dưới 5,51 1.5: Phân loại theo tỷ số chiều dài/chiều rộng hạt gạo lật Dạng hạt Tỷ số dài/rộng Thon dài Trên Trung bình Từ 2,1 đến Hơi tròn Từ 1,1 đến Trịn Dưới 1,1 - Chọn hạt có kích thước lớn, hạt mẩy lúc hàm lượng chất khơ hạt ổn định, chất lượng hạt tốt 1.5.3 Chọn hạt trịn truyền nhiệt dễ : 1.6: Chỉ tiêu hóa lý đánh giá chất lượng gạo Chỉ tiêu TT Hạng chất lượng Độ ẩm (% khối lượng, không lớn hơn) 14 14 14 14 Tạp chất (% khối lượng, không lớn hơn) 2 2 Hạt bạc trắng (% khối lượng, không lớn hơn) 12 20 40 Hạt biến vàng (% khối lượng, không lớn hơn) 0.5 Hạt khơng hồn thiện (% khối lượng, không lớn hơn) Hạt bị hư hỏng (% khối lượng, không lớn hơn) 0,5 Hạt rạn nứt (% khối lượng, không lớn hơn) 10 15 25 40 Hạt lẫn loại (% khối lượng, không lớn hơn) 10 15 20 Hạt đỏ (% khối lượng, không lớn hơn) 15 10 Sâu mọt sống hại thóc (% khối lượng, khơng lớn hơn) 5 5 1.5.4 : Dư lượng hóa chất trừ sâu, tính miligam 1kg gạo, khơng vượt q mức qui định bảng 1.7: Định mức dư lượng thuốc trừ sâu Tên hóa chất Mức Linđan (666.NHC, HCH) 0,5 Diazinon 0,1 Diclovot ( Dichlovos) 0,3 Malathion 2,0 Wolfatoo Methylparathion 0,7 Dimethoat ( B, 5B, Rogor) 1,0 1.5.5 : - Cơn trùng loại: khơng có - Tổng số bào tử nấm mốc 1kg gạo, không lớn hơn: 10.000 bào tử - Chọn hạt to, khỏe để hạn chế lượng vi sinh vật hạt Số lượng vi sinh vật tính 1000 khuẩn lạc/1g hạt Nấm mốc Kiểu hạt Vi khuẩn, Số lượng Asp oryzae Penicillium 0,3 0,01 0,25 0,7 >2 0,05 0,5 6,5 chung Bình thường nấm men A flavus Non, xanh, lép Độc tố vi nấm aflatoxin: không phát thấy kỹ thuật sắc ký lớp mỏng 10 1.2 Waste Sulfite Liquors (WSL): 90o C 300m3 - 15 – Sacchromyces cerevisiae : 1.3 Lactoserum (whey): 200m3 thủy phân lactase Rất nhiều loài vi khuẩn có khả sinh ethanol Tuy nhiên, đa số tạo thành sản phẩm phụ ethanol Các sản phẩm phụ bao gồm loại rượu khác (butanol, isopropylalcol, 2,3-butandiol), acid hữu (acetic, butyric, formic, 35 lactic), poliol (arabitol, glicerol, xilitol), keton (aceton) chất khí khác (metan, cacbonic, hydro) Những vi sinh vật có khả sản xuất etanol sản phẩm (ít mol ethanol mol glucose sử dụng) 5.1 Tên vi khuẩn mmol Ethanol sản xuất mmol Glucose chuyển hoá 4.15 a) Clostridium sporogenes up to Clostridium indolis (pathogenic) 1.96 a) Clostridium sphenoides 1.8 a) (1.8) b) Clostridium sordelli (pathogenic) 1.7 Zymomonas mobilis(syn 1.9 (anaerobe) Anaerobica) Zymomonas mobilis (Ssp 1.7 Pomaceas) Spirochaeta aurantia 1.5 (0.8) Spirochaeta stenostrepta 0.84 (1.46) Spirochaeta litoralis 1.1 (1.4) Erwinia amylovora 1.2 Leuconostoc mesenteroides 1.1 Streptococcus lactis 1.0 Sarcina ventriculi 1.0 36 Một số vi khuẩn ( ví dụ: Enterobacteriaceas, Spirochaeta, Bacteroides ) chuyển hố glucose theo đường EMP, thời gian ngắn, sử dụng mol glucose sinh mol pyruvat sau bị cacbon thành acetaldehyde khử thành rượu Bên cạnh đó, đường EDP đường lên men rượu từ glucose nhờ số vi khuẩn khác 2.1 Zymomonas mobilis: Là vi khuẩn thuộc giống Zymomonas có khả sản xuất ethanol vượt trội nấm men số mặt Nó phân lập lần từ đồ uống có chứa cồn, rượu cọ (palm wine) châu Phi hay loại rượu Mehico: rượu thùa (pulque), ngồi cịn từ chất lấy từ rượu táo hay bia người châu Âu 2.1.1 Đặc điểm: - Zymomonas vi khuẩn Gram (-),kỵ khí, hình que - Dài từ -6 m rộng từ 1- 1.5 m, xuất hầu hết dạng cặp - Kích thước chiều rộng lớn Zymomonas thể rõ qua kính hiển vi, hầu hết vi khuẩn khác chiều rộng khoảng 0.50.75 m - Hầu hết giống (70%) khơng di động được, phần (30%) di động với 1-4 tiên mao phân cực.Khả di động bị số giống - Hình dạng: 45% giống hình hoa thị, 33% dạng chuỗi, 62% tế bào có sợi nhỏ, có số giống có chiều dài tới 28 m - Tế bào khơng có dạng bào tử, khơng có màng nhày vỏ bọc bên ngồi, khơng có lipid nội bào, khơng có glycogen : Topt = 30 – 40o - = 4.0 – 5.0 2.1.2 Quá trình lên men: 2.1.2.1 Con đường lên men: - Zymomonas mobilis chuyển hoá đường thành pyruvat qua đường ED (Entner-Doudorolff) Pyruvat sau lên men tạo ethanol CO sản phẩm ( tương tự nấm men ) 37 - Sự Z mobilis so với S cerevisiae mặt sản xuất bioethanol là: Đường hấp thu sản lượng ethanol cao Khí tạo thành Khả chịu ethanol cao Không phụ thuộc vào điều chỉnh lượng oxi thêm vào suốt trình lên men Tuân theo vận động gen - Mặc dù có giới hạn khắt khe so với nấm men: sử dụng loại chất giới hạn glucose, fructose sucrose ( nay, nhà khoa học tìm cách khắc phục điều này) ) Nhưng áp dụng kỹ thuật di truyền vào vi khuẩn ảnh hưởng đến lên men đường lignocellulose (Ingram, 1993), việc chèn aportable, operon nhân tạo chứa gen Z mobilis mang enzyme dehydrogenase and pyruvate decarboxylase có khả chuyển hóa loại đường khác Những vi khuẩn phát triển hay lên men loại đường cellobiose, cellotriose, xylobiose, xylotriose, maltose, maltotriose, đường oligo khác Khơng u cầu q trình phân giải thành đường đơn trước lên men Hiêu đạt 90% so với lý thuyết Những nhà nghiên cứu Department of Energy's National Renewable Energy Laboratory in Golden, Colorado cho thấy việc sửa đổi di truyền Z mobilis làm cho sản xuất ethanol từ đường cacbon xylose Mặc dù, sử dụng Z mobilis sản xuất ethanol có suất cao 5%-10% so với nấm men chưa áp dụng phương diện thương mại (Borman, 1995) Nhưng khác Z mobilis chắn chắn chúng có khả sử dụng pentose nguồn cacbon để phát triển - Con đường ED: Glucose bị phosphoryl hóa sau bị oxy hóa tới 6-Pgluconat Tại điểm này, loại nước xảy tạo thành 2-keto-3-deoxy6-P-gluconat (KDPG), chất sau bị thuỷ phân nhờ KDPG- 38 aldolase Từ mol glucose tạo thành mol pyruvat sinh mol ATP - Các nghiên cứu nuôi chủng Zymomonas mobilis ZM4 môi trường nhân tạo chứa glucose, fructose saccharose cho thấy lồi vi khuẩn khơng có khả chuyển hố loại đường theo đường khác đường ED Dẫn liệu động học sinh trưởng lồi vi khuẩn trình bày theo bảng sau: Bảng 5.2: Các thông số động học sinh trưởng chủng Zymomonas mobilis ZM4 môi trường nuôi cấy tĩnh với nguồn carbon khác (nồng độ ban đầu 250g/l-theo N Kosaric ctv., 1983) Thông số Cơ chất Glucose Fructose Saccharose Tốc độ sinh trưởng(h-1 ) 0,18 0,10 0,14 Tốc độ tiêu thụ chất(g/g/h) 11,3 10,4 10,0 Tốc độ tạo thành ethanol(g/g/h) 5,4 5,1 4,6 Sản lượng tế bào(g/g) 0,015 0,009 0,014 Sản lượng ethanol(g/g) 0,48 0,48 0,46 Sản lượng ethanol(% so với lí thuyết) 94,1 94,1 90,2 Nồng độ ethanol cực đại(g/l) 117 119 89 Thời gian có tốc độ cực đại(h) – 19 – 28 – 15 - Theo bảng tốc độ hấp thu đường sản sinh ethanol đạt cực đại sử dụng môi trường chứa glucose Sự kim hãm chất khơng biểu nghiêm trọng lồi vi khuẩn sinh trưởng nồng độ 40% glucose 39 - Khi lên men nước mía, chủng Zymomonas mobilis Z7 có khả kết thúc lên men 100-200g/l saccharose với hiệu 59–88% vòng 20–29h Tốc độ sản sinh ethanol dao động từ 2,2–5,3 g/l/h thí nghiệm loại lít Các kết phù hợp với động học lên men môi trường bán tổng hợp điều kiện tương tự Điều cofacto cần thiết, ion kim loại nồng độ C, N, P đầy đủ cho trình lên men ethanol vi khuẩn thực Bảng 5.3: Các thông số động học Z.mobils Saccharomyces cerevisae môi trường chứa 250g glucose điều kiện nuôi cấy tĩnh khơng thơng khí (30o C, pH=5,0 – theo N.Kosaric ctv_1983) Các thông số động học Z mobilis S uvarum Tốc độ sinh trưởng riêng(l/h) 0,13 0,055 Tốc độ hấp thu glucose riêng(g/g/h) 5,5 2,1 Tốc độ tạo thành ethanol riêng(g/g/h) 2,5 0,87 Sản lượng tế bào(g/g) 0,019 0,033 Sản lượng ethanol (g/g) 0,47 0,44 Sản lượng ethanol tương đối(%) 92,5 86 Nồng độ ethanol cực đại(g/l) 102 108 - Bảng cho thấy điều kiện nuôi tĩnh, Zymomonas mobilis lên men hiệu Saccharomyces uvarum Các thơng số động học thể hịên tính ưu tốc độ simh trưởng (2,4 lần cao nấm men), tốc độ sinh ethanol riêng phần (2,9 lần cao hơn) tốc độ hấp thu glucose riêng phần (2,6 lần cao hơn) - Trong lên men nấm men, oxy cần thiết để tổng hợp thành tế bào, ổn định cấu trúc lipid, trì trình tế bào nói chung Tuy nhiên, điều kiện hiếu khí dẫn đến việc giảm thu hoạch cồn tăng nồng độ sinh khối hiệu ứng Pasteur Vì nhiều vi khuẩn kỵ 40 khí nên đạt suất cồn cao sinh khối thấp Nồng độ tế bào vi khuẩn thấp hậu việc lượng giành cho sinh trưởng đạt thấp (1ATP glucose tiêu thụ theo đường ED so với 2ATP theo đường EM nấm men) Hình 5.6: Sơ đồ đường ED 2.1.2.2 Nguyên liệu môi trường lên men: - Môi trường glucose: glucose 80 đến 250 g/dm3 , phần chiết men 10 g/dm3 , KH2 PO 1g/dm3 , (NH4 )2 SO4 g/dm3 , MgSO 7H2 O 0.5 g/dm3 sử dụng thí nghiệm - Q trình lên men thực bình Erlenmeyer chứa 0.2 dm3 mơi trường 0.2g chất để chủng ( 80 g/dm3 môi trường glucose sau 24 lên men 300 C) 2.2 : 2.2.2 - : Tại nhiệt độ tối ưu cho phát triển vi khuẩn chịu nhiệt, hoạt động dị hóa thúc đẩy dẫn đến thời gian lên men ngắn hơn, suất, hiệu lên men cao 41 - Nhiệt độ cao làm giảm hòa tan khí oxy khí khác mơi trường lên men, giúp trì điều kiện kỵ khí Khi nhiệt độ tăng lên 6669o C, khả hòa tan oxy giảm 80% so với 30 o C - Ở nhiệt độ cao khả hòa tan chất tăng lên - Độ nhớt giảm nhiệt độ tăng, nhờ lượng cần để trì ổn định nhiệt cho môi trường giảm xuống 2.2.3 Thermoanaerobacter ethanolicus: - Thermoanaerobacter ethanolicus (Wiegel and Ljung-dahl, 1981) có ưu điểm so với vi sinh vật khác: Có khoảng pH tối ưu rộng: 5,5 – 8,5; phát triển pH = 4,5 – 9,5 Có thể lên men hydrat cacbon tới suất gần định lượng Có khả sử dụng nhiều loại chất tinh bột, cellobiose, lactose, đường pentose để sản xuất ethanol MEN Ethanol sản xuất cách áp dụng chủ yếu bốn loại hình hoạt động ngành cơng nghiệp: tĩnh, liên tục, bổ sung chất bán liên tục Sản xuất ethanol cách lên men tĩnh liên tục sử dụng rộng rãi 3.1 : - Quá trình lên men tĩnh bổ sung chất xem kết hợp đợt hoạt động tĩnh liên tục, loại hình phổ biến q trình cơng nghiệp ethanol - Trong hoạt động này, nguồn chất, , khoáng chất vitamin cho vào khoảng cố định lưu lại thiết bị cuối trình 42 - Việc bổ sung chất dinh dưỡng thực thời gian ngắn hay dài, thời điểm bổ sung chất bắt đầu sau cấy giống thời điểm xác định q uá trình lên men Thông thường, chất dinh dưỡng bổ sung vào chất dinh dưỡng ban đầu vi sinh vật sử dụng hết - Tỉ lệ tiêu thụ chất tính tốn từ yếu tố đo tỉ lệ khí CO nồng độ chất khơng thể đo xác Q trình tiếp tục chất dinh dưỡng đạt và/hoặc nồng độ kìm hãm sản phẩm đạt 3.2.1 : - Năng suất cao - Kéo dài thời gian lên men - Tiết kiệm lượng giống cấy - Tăng hàm lượng chất bổ sung vào thiết bị lên men không gây tượng ức chế vi sinh vật áp lực thẩm thấu cao - Mức độ linh hoạt cao - Tối ưu hóa điều kiện mơi trường tăng trưởng, giai đoạn sản xuất tuổi thọ vi sinh vật canh trường 3.2.2 : - Cần số thiết bị hỗ trợ cho q trình châm chất - Mức độ vơ trùng Mặc dù có khó khăn, q trình bổ sung chất thường thực phương pháp liên tục khơng thể thực (ví dụ, biến đổi yếu nhiễm vi sinh vật) trình lên men tĩnh cho kết giá trị suất thấp 3.2 : 43 (Sacchromyces cerevesiae) , lên 3.3.1 : - - - - 3.3.2 : - - 3.3 : Đặc điểm lên men liên tục dịch đường men giống cho vào thùng đầu (thùng lên men chính) ln chứa lượng lớn tế bào ml dịch Khi đầy thùng đầu dịch men chảy tiếp sang thùng bên cạnh cuối thùng chứa giấm chín 3.3.2 Ưu điểm: - Dùng lượng lớn men giống nên lên men xảy nhanh Khác với lên men gián đoạn lượng giống ban đầu 12 – 15 triệu tế bào / ml 44 nên lên men xảy chậm Lên men liên tục kết thúc sau 60 – 62 giờ, lên men gián đoạn phải kéo dài tới 72 - Nhiều men giống áp đảo tạp khuẩn - Độ chua dịch đường cao, pH thấp yếu tố không thuận lợi cho vi khuẩn nấm men hoang dại - Sau 24 có 78 % đường lên men, lên men gián đoạn đạt 42 % - Thiết bị sử dụng hiệu giảm thời gian chuẩn bị, vệ sinh, tiệt trùng - Khả giới hóa, tự động hóa cao - Chất lượng sản phẩm ổn định 3.3.3 : - Tính ổn định giống giảm sử dụng thời gian dài - u cầu tính tốn cẩn thận có biện pháp cơng nghệ phù hợp, khơng phản tác dụng, dễ nhiễm khuẩn hàng loạt dẫn đến giảm hiệu suất lên men S công nghiệp thu hút truyền thống hạn tế bào sử dụng vượt so với sử dụng tế bào tự 4.1 : - - Năng suất thể tích c - Sản lượng sản phẩm cao 45 - 4.2 : - ni điều khiển phá hỏng khuôn cố định tế bào 4.3 : Có hai loại phương pháp cố định tế bào chủ yếu là: Sự cố định tế bào chủ động bị động 4.3.1 Sự cố định tế bào chủ động: tế bào vật lý hay hóa học 4.3.1.1 Cố định tế bào cấu trúc gel: - Phương pháp sử dụng rộng rãi (thạch aga, anginat, - carrageenan, polyacrylamide, chitosan, gelatin, , polyurethane, silicagel, polystyrene, cellulose mang tế bào phải đủ xốp để vận chuyển triacetate chất sản phẩm phương pháp sau đây: Sự đông polyme Sự đông l Sự trùng hợp 46 viên nhộng: 4.3.1.2 - Tế bào đặt bên thể tích bao viên nhộng rỗng Chất dinh dưỡng sản phẩm , xuyên qua màng : Nhiều tế bào bao nhộng khác như: nylon, collodion, polystyrene, acrylate, polylysinealginate hydrogel, cellulose-ethyl acetate cellulose, màng polyester cố định tế bào: 4.3.1.3 - T – Các tế bào dưỡng bơm vỏ Chất dinh tế bào tán ống, khuếch tán xuyên qua màng Sản phẩm khuyếch dòng chảy chất dinh dưỡng bên tế bào 4.3.1.4 C : Tuy nhiên, khuyếch tán pháp hạn chế mật độ tế bào cao Phương đơn giản, hạn chế mang 4.3.2 Cố định thụ động: màng sinh học: tăng trưởng nhiều lớp h ng trơ hay Chất dinh dưỡng khuếch vào màng sinh học sản phẩm khuếch tán môi trường nuôi cấy lỏng Bề dày màng sinh học đến Màng sinh hưởng thấp tập trung sinh khối thấp, màng sinh học dày 47 4.4 : tế bào nấm men hạt gel calcium alginate, , cách sử dụng hạt oxit nhơm, trích ly Kết giới hạn vận chuyển khối lượng từ cố định tế bào ảnh hưởng nhiều đến động học sản xuất : khuyếch tán chất, ethanol, CO2 tăng cường nhỏ Những hạt nhỏ sử dụng hạt có cấu trúc ổn định, đường kính giảm diện tích bề mặt pha rắn pha lỏng, Sự phá vỡ cấu trúc hạt kết mát tế bào CO2 bên huếch tán Sự phụ thuộc suất ethanol vào tỷ lệ (qs) Mức pha loãng xấp xỉ 0.8 h-1 tối (qp Sự lên men vi khuẩn cho suất ethanol cao nhiều so với lên men nấm men Lợi có giá trị lớn cố định tế bào suất cao mức pha loãng vượt tốc độ tăng trưởng cực đại vi sinh vật Hình 5.7: b Ca alginate 48 hưởng nhiệt độ lên tỷ lệ ethanol có khác rõ rệt cố định Tỷ lệ gia tăng không đổi với Saccharomyces cerevisiae tự nhiệt độ tăng từ 25-42 ° C Với tế bào cố định natri alginate xảy tối đa xảy 30°C Nhiệt độ cố định có hạn Ở nhiệt độ cao, sản sinh ethanol vượt tỷ lệ ethanol khuếch tán tích trữ bên † ^ Hình 5.8: nh hưởng pH mức độ lên men pH tối ưu đặc trưng cho tế bào tự Sự gradient pH bên định tế bào suất ố et phương pháp tế bào tự † tự ^T Hình 5.9: 49