ử- Làm rõ phương pháp xác định hi u su t lên men.. ỳ Sơn đã tận tình hướng dẫn, giúp đỡ và t o mạ ọi điều kiện để em có th hoàn thành luể ận văn tốt nghiệp này.. ộ ố ệ ạCuối cùng, xin cả
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI LUẬN VĂN THẠC SĨ Tối ưu hóa số yếu tố quy trình Dịch hóa, Đường hóa Lên men đồng thời nồng độ chất khô cao để sản xuất cồn từ gạo VŨ THỊ PHƯỢNG Phuong.VTCA180148@sis.hust.edu.vn Ngành Công nghệ Thực phẩm Giảng viên hướng dẫn: PGS.TS Chu Kỳ Sơn Viện: Công nghệ Sinh học & Công nghệ Thực phẩm HÀ NỘI, 11/2020 Tai ngay!!! Ban co the xoa dong chu nay!!! 17061132210451000000 Chữ ký GVHD CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập – Tự – Hạnh phúc BẢN XÁC NHẬN CHỈNH SỬA LUẬN VĂN THẠC SĨ Họ tên tác giả luận văn: Vũ Thị Phượng Đề tài luận văn: Tối ưu hóa số yếu tố quy trình Dịch hóa, Đường hóa Lên men đồng thời nồng độ chất khô cao để sản xuất cồn từ gạo Chuyên ngành: Công nghệ thực phẩm Mã số SV: CA180148 Tác giả, Người hướng dẫn khoa học Hội đồng chấm luận văn xác nhận tác giả sửa chữa, bổ sung luận văn theo biên họp Hội đồng ngày 30/10/2020 với nội dung sau: + Đã viết lại phần Tổng quan cách ngắn gọn, cô đọng + Phần Vật liệu Phương pháp nghiên cứu: bố cục lại theo nhóm: Đối tượng nghiên cứu, phương pháp quy hoạch thực nghiệm, phương pháp phân tích, mơ tả xử lý thống kê xây dựng thơng số thí nghiệm - Đã bổ sung phương pháp xác định đường tổng đường khử - Làm rõ phương pháp xác định hiệu suất lên men + Phần Kết Thảo luận: - Đã bổ sung nội dung nhu cầu Nitơ trình lên men - Thay cụm từ khoảng tin cậy thành mức ý nghĩa + Kết luận: Đã viết ngắn gọn lại + Tài liệu tham khảo: Đã chỉnh sửa lại theo mẫu quy định + Đã chỉnh sửa lại lỗi tả, chế Ngày 27 tháng 11 năm 2020 Giáo viên hướng dẫn Tác giả luận văn CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG ĐỀ TÀI LUẬN VĂN Tối ưu hóa số yếu tố quy trình Dịch hóa, Đường hóa lên men đồng thời nồng độ chất khô cao để sản xuất cồn từ gạo Giáo viên hướng dẫn Ký ghi rõ họ tên PGS.TS Chu Kỳ Sơn Lời cảm ơn Lời đầu tiên, em xin chân thành cảm ơn PGS.TS Chu Kỳ Sơn tận tình hướng dẫn, giúp đỡ tạo điều kiện để em hồn thành luận văn tốt nghiệp Em xin cảm ơn thầy, cô Viện Công nghệ Sinh học Công nghệ Thực phẩm tạo điều kiện tốt cho em q trình nghiên cứu phịng thí nghiệm viện Em xin cảm ơn ban lãnh đạo Công ty CP Công nghệ Rượu Đồ uống Việt Nam tạo điều kiện cho em tìm hiểu công nghệ sản xuất cồn thực tế triển khai số thí nghiệm Cơng ty Cuối cùng, xin cảm ơn động viên gia đình bạn bè giúp em có nghị lực để vượt qua khó khăn q trình hồn thành luận văn Tóm tắt nội dung luận văn - Vấn đề cần thực hiện: Khảo sát nghiên cứu nguồn dinh dưỡng Nitơ phù hợp cho quy trình Dịch hóa, Đường hóa Lên men đồng thời nồng độ chất khô cao (SLSF-VHG) từ gạo để đảm bảo chất lượng an toàn thực phẩm cho sản phẩm Thực tối ưu hóa số yếu tố quy trình SLSF-VHG với mục đích tăng hiệu suất lên men giảm thiểu giá ruột sản phẩm - Phương pháp thực hiện: Kết hợp lý thuyết với thực nghiệm Thiết kế thí nghiệm xác định phương án tối ưu theo phương pháp Taguchi phân tích phương sai ANOVA - Cơng cụ sử dụng: + Phần cứng: Các dụng cụ, thiết bị phục vụ phân tích tiêu hóa lý nguyên liệu sản phẩm như: máy đo cồn, máy đo pH, dụng cụ thí nghiệm… + Phần mềm: Microsoft Office, Matlab - Kết luận văn phù hợp với vấn đề đặt ra: + Quy trình khơng bổ sung thêm nguồn Nitơ từ Urê đạt hiệu suất 86,4%, tương đương với quy trình có bổ sung Urê + Xác định thông số tối ưu lượng sử dụng nấm men (0,25 g/l) chế phẩm enzyme Stargen 002 (2 ml/kg NL), Fermgen (0,5 ml/kg NL), để hiệu suất đạt 86% giảm giá ruột sản phẩm 1.527 đồng/lít cồn 96% vol so với quy trình ban đầu, kiểm chứng tính tốn hiệu việc tối ưu - Tính khoa học thực tiễn luận văn: Kết nghiên cứu luận văn làm sở ứng dụng quy trình SLSF-VHG để sản xuất cồn từ gạo vào thực tế cách hiệu - Định hướng phát triển mở rộng luận văn: Triển khai kết tối ưu quy mô pilot nghiên cứu thu hồi xử lý phần bã rượu ứng dụng làm thực phẩm nguyên liệu thực phẩm HỌC VIÊN Ký ghi rõ họ tên MỤC LỤC MỞ ĐẦU CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ NGÀNH CỒN/RƯỢU VÀ CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT CỒN/RƯỢU 1.1 Tình hình sản xuất tiêu thụ cồn – rượu giới Việt Nam 1.1.1 Tình hình sản xuất tiêu thụ cồn giới 1.1.2 Tình hình sản xuất tiêu thụ cồn Việt Nam 1.2 Công nghệ sản xuất cồn 1.2.1 Nguyên liệu sản xuất cồn 1.2.2 Công nghệ sản xuất cồn truyền thống 1.2.3 Công nghệ Dịch hóa, Đường hóa Lên men đồng thời (SLSF) 1.3 Kết nghiên cứu quy trình SLSF-VHG 11 1.3.1 Một số kết công bố giới 11 1.3.2 Một số kết công bố Việt Nam 12 1.4 Tổng quan phương pháp quy hoạch thực nghiệm 14 1.4.1 Tổng quan phương pháp thiết kế thực nghiệm Taguchi 14 1.4.2 Sơ lược tối ưu đa mục tiêu 16 1.4.3 Tiêu chuẩn đánh giá toàn diện (OEC) 18 1.5 Xác định mục tiêu nội dung nghiên cứu luân văn 20 CHƯƠNG VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 22 2.1 Đối tượng nghiên cứu 22 2.1.1 Vật liệu 22 2.1.2 Thiết bị thực nghiệm 24 2.2 Phương pháp nghiên cứu 24 2.2.1 Các phương pháp phân tích hố lý 24 2.2.2 Phương pháp toán học 28 2.2.3 Phương pháp thiết kế thực nghiệm Taguchi 30 2.2.4 Phân tích phương sai ANOVA 30 2.3 Mô tả xử lý thống kê 32 2.3.1 Cách tính giá trị trung bình 32 2.3.2 Cách tính độ lệch chuẩn 33 2.4 Xác định thơng số lựa chọn điều kiện thí nghiệm 33 2.4.1 Khảo sát quy trình SLSF-VHG 33 2.4.2 Khảo sát nguồn Nitơ phù hợp 34 2.4.3 Lựa chọn yếu tố tối ưu mức tiến hành thí nghiệm 34 2.4.4 Xác định ma trận thực nghiệm theo phương pháp Taguchi 35 2.4.5 Quy trình Dịch hóa Đường hóa Lên men Đồng thời nồng độ chất khô cao 37 CHƯƠNG KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 39 3.1 Đánh giá sơ công nghệ sản xuất cồn theo phương pháp SLSF -VHG 39 3.2 Kết khảo sát thay loại bỏ nguồn Nitơ Ure 39 3.3 Tối ưu hóa hiệu suất lên men quy trình SLSF-VHG 41 3.3.1 Nồng độ cồn hiệu suất thí nghiệm 41 3.3.2 Xác định tỷ lệ ảnh hưởng mức tối ưu yếu tố Stargen 002, Fermgen nấm men tới hiệu suất lên men 42 3.3.3 Xây dựng hàm hồi quy yếu tố Stargen 002, Fermgen nấm men tới hiệu suất lên men từ thực nghiệm 46 3.4 Tối ưu hóa chi phí ngun liệu quy trình SLSF-VHG 51 3.4.1 Kết tính tốn chi phí ngun liệu 51 3.4.2 Xác định mức độ ảnh hưởng mức tối ưu thông số Stargen, Fermgen Nấm men tới chi phí ngun liệu 53 3.5 Xác định mức thơng số Stargen 002, Fermgen Nấm men đáp ứng đồng thời tiêu kinh tế, kỹ thuật 56 3.6 Kết thí nghiệm kiểm chứng 59 CHƯƠNG KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 63 4.1 Kết luận 63 4.2 Kiến nghị 63 TÀI LIỆU THAM KHẢO 64 CHƯƠNG PHỤ LỤC 67 DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1.1 Sản lượng cồn giới giai đoạn 2007-2017 Hình 1.2 Các nước tiêu thụ cồn nhiều giới năm 2019 Hình 1.3 Tiêu thụ rượu bình quân đầu người Việt Nam giới Hình 1.4 Gạo tẻ Hình 1.5 Cấu trúc tinh bột gạo Hình 1.6 Nấm men Saccharomyces cerevisiae Hình 1.7 Cấu trúc khơng gian enzyme Amylase Hình 1.8 Sự thủy phân tinh bột enzyme Amylase Hình 1.9 Quy trình sản xuất cồn truyền thống Hình 1.10 Quy trình dịch hóa, đường hóa lên men đồng thời (SLSF) Hình 1.11 Ảnh hưởng yếu tố đến nồng độ cồn thu 13 Hình 1.12 Hướng tiếp cận cho tốn tối ưu đa mục tiêu 17 Hình 2.1 Gạo Miền Nam bột gạo 22 Hình 2.2 Nấm men Red Ethanol 23 Hình 2.3 Sơ đồ chưng cất cồn quy mô PTN 28 Hình 2.4 Máy đo độ cồn DA-130N 28 Hình 2.5 Quy trình Dịch hóa Đường hóa Lên men Đồng thời nồng độ chất khô cao 37 Hình 3.1 Biểu đồ tác động trung bình yếu tố tới hiệu suất lên men 45 Hình 3.2 Biểu đồ tỷ lệ ảnh hưởng yếu tố tới hiệu suất tạo cồn 45 Hình 3.3 Quy luật ảnh hưởng yếu tố đơn lẻ Stargen 002, Fermgen Nấm men tới hiệu suất lên men 50 Hình 3.4 Quy luật ảnh hưởng đồng thời hai yếu tố tới hiệu suất lên men 50 Hình 3.5 Biểu đồ phân mức yếu tố Stargen 002, Fermgen Nấm men cho chi phí nguyên liệu 55 Hình 3.6 Biểu đồ tỷ lệ phần trăm ảnh hưởng yếu tố Stargen 002, Fermgen Nấm men tới chi phí nguyên liệu 55 Hình 3.7 Biểu đồ phân mức OEC ứng với trọng số khác 58 DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 1.1 Mơ tả cách tính tổng chi phí nguyên liệu cho lít dịch lên men 15 Bảng 2.1 Đặc tính chế phẩm nấm men Red Ethanol 22 Bảng 2.2 Đặc tính loại enzyme sử dụng nghiên cứu 23 Bảng 2.3 Mơ tả cách tính tổng chi phí ngun liệu cho lít dịch lên men 29 Bảng 2.4 Thơng số quy trình SLSF-VHG ban đầu 33 Bảng 2.5 Bảng thơng số thí nghiệm khảo sát loại nguồn Nitơ Ure 34 Bảng 2.6 Mức yếu tố 35 Bảng 2.7 Phương án thực nghiệm thay giá trị mức thơng số 35 Bảng 2.8 Bố trí thí nghiệm theo mảng trực giao L9 36 Bảng 3.1 Kết khảo sát quy trình SLSF-VHG 39 Bảng 3.2 Kết quy trình SLSF-VHG nghiên cứu với nghiên cứu trước 39 Bảng 3.3 Kết thí nghiệm khảo sát thay nguồn Nitơ 40 Bảng 3.4 Kết đo nồng độ cồn hiệu suất thí nghiệm 41 Bảng 3.5 Mức giá trị yếu tố ảnh hưởng 43 Bảng 3.6 Kết hiệu tính tỷ lệ S/N thí nghiệm 43 Bảng 3.7 Kết phân mức tỷ lệ ảnh hưởng yếu tố tới hiệu suất lên men 44 Bảng 3.8 Sai số số liệu thí nghiệm hàm hồi quy, hệ số R2 hệ số Fisher 47 Bảng 3.9 Giá trị hiệu suất nội suy sai lệch giá trị nội suy với giá trị thí nghiệm 49 Bảng 3.10 Hệ số tương quan chuẩn số Fisher dạng hàm nội suy (hồi quy) 49 Bảng 3.11 Kết tính chi phí nguyên liệu thí nghiệm 52 Bảng 3.12 kết tính chi phí nguyên liệu tỷ lệ S/N thí nghiệm 53 Bảng 3.13 Phân mức tỷ lệ ảnh hưởng yêu tố tới chi phí nguyên liệu 53 Bảng 3.14 Các thông số đầu vào kết OEC cho thí nghiệm 57 Bảng 3.15 Giá trị OEC ứng với trọng số khác hàm mục tiêu 58 Bảng 3.16 Giá trị dự đốn hiệu suất chi phí ứng với OEC sử dụng trọng số khác 59 Bảng 3.17 Kết mẫu kiểm chứng hiệu suất lên men 60 Bảng 3.18 Kết mẫu kiểm chứng mục tiêu tổng thể 60 Bảng 3.19 So sánh kết tối ưu mục tiêu hiệu suất tạo cồn với nghiên cứu trước 61 Bảng 3.20 So sánh kết tối ưu mục tiêu với nghiên cứu trước 61 DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT Kí tự viết tắt SSF SLSF Chữ viết tắt Ý nghĩa Simultaneous Saccharification Đường hóa lên men đồng and Fermentation thời Simultaneous Liquefaction Dịch hóa, đường hóa lên Saccharification and men đồng thời Fermentation VHG Very High Gravity Nồng độ chất khô cao FAPRI Food and Agricultural Policy Viện nghiên cứu sách Research Institute Nơng nghệp Lương Thực RFA Renewable fuel association Hiệp hội nhiên liệu tái tạo GLS Generalized Least Squares hồi quy bình phương tối regression thiểu MVR Multivariate regression hồi quy nhiều biến CPO Contour Plot Optimization Nhóm tiếp cận sử dụng đáp ứng bề mặt OEC Overall Evaluation Criteria tiêu chí tổng thể FAN Free Amino Nitrogen Nitơ amin tự VIRAC Công ty cổ phần Nghiên cứu ngành Tư vấn Việt Nam VITIC Trung tâm Thông tin Công nghiệp Thương Mại – Bộ Cơng Thương TN Thí nghiệm NL Ngun liệu CNSH – CNTP Công nghệ sinh học – Công nghệ thực phẩm BKHN Bách Khoa Hà Nội LM Lên men