Nghiên ứu á yếu tố ảnh hưởng đến quá trình lên men từ dịh sắn ó nồng độ đến hất khô ao trong sản xuất ồn ethanol

Nội dung của đề tài là nghiờn cứu cỏc yếu tố ả nh hưởng đến quỏ trỡnh lờn men từ ị d ch sắn cú nồng độ chất khụ cao trong s n xuất cồả n ethanol.. Ảnh hưởng của nồng độ enzym Spezyme46ảB

luận văn thạc sĩ khoa học

nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng đến quá

trình lên men từ dịch sắn có nồng độ chất khô cao trong sản xuất cồn ethanol

ngành : công nghệ thực phẩm

m∙ số: cb090748 Nguyễn thuý hường

Hà Nội 2011

1708177934276203bee7d-2c98-40d3-ad33-43f09dde0724

bộ giáo dục và đào tạo trường đại học bách khoa hà nội

-

Nguyễn thuý hường

nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình lên men từ dịch sắn có nồng độ chất khô cao trong sản xuất cồn ethanol

luận văn thạc sĩ khoa học

Ngành: công nghệ thực phẩm

Hà Nội 2011

trường đại học bách khoa hà nội

-

Nguyễn thuý hường

nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình

lên men từ dịch sắn có nồng độ chất khô cao

trong sản xuất cồn ethanol

Ngành: công nghệ thực phẩm

luận văn thạc sĩ khoa học

Người hướng dẫn khoa học Pgs.ts nguyễn thanh hằng

LỜI CẢM ƠN

Tôi xin trân trọng cả ơm n Bộ Giáo d c và đào tạo, Việ đụ n ào tạo sau Đại học

- Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội và Vi n công nghệ ệ Sinh học - Công nghệ thực

phẩm đã tạo mọi đ ềi u kiện thuận lợi cho tôi được học tập và hoàn thành bản Luận

văn Thạc sỹ

Đặc biệt tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới giáo viên hướng dẫn khoa

học PGS.TS Nguyễn Thanh Hằng vì sự hướng dẫn, ch bảỉ o t n tình cho tôi trong ậ

suốt quá trình thực hiện luận văn này

Tôi cũng xin chân thành cả ơm n sự giúp đỡ nhiệt tình của các cán bộ phòng

thí nghiệm Bộ Môn Công nghệ lên men đã hết sức tạ đ ềo i u ki n v c sở vậệ ề ơ t ch t, ấ

trang thiết bị giúp tôi hoàn thành tốt tiến độ công việc của mình

Cuối cùng, tôi xin gửi tới gia đình, bạn bè và nhưng người thân tình cảm

chân thành nhất vì sự động viên, giúp đỡ tôi vượt qua khó khăn để hoàn thành Lu n ậ

văn này

Hà Nội, ngày 28 tháng 09 năm 2011

Tác giả luận văn

Nguyễn Thuý Hường

Formatted: Font: 13 pt

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan ây là công trình nghiên cứđ u khoa h c mà bảọ n thân tôi ã tr c đ ự

tiếp thực hiện Tất cả các số liệu, kết quả trình bày trong luận văn là trung thực,

khách quan và chưa từng được ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác

Hà Nội, ngày 28 tháng 09 năm 2011

Nguyễn Thuý Hường

Formatted: Font: 18 pt Formatted: Font: 13 pt

TÓM TẮT

Nhu cầu sử dụng c n nh mộồ ư t ngu n n ng lượng s ch ngày càng t ng cao ồ ă ạ ă

đặt ra cho ngành công nghiệp s n xu t c n yêu cầu cảả ấ ồ i ti n công nghệế nh m s n ằ ả

xuất cồn có hiệu suất cao và chi phí thấp Lên men rượu ở nồng độ ch t khô cao ấ

trong sản xuất cồn là một trong những biện pháp nhằm nâng cao hiệu quả sản xu t ấ

cồn, tiết kiệm chi phí và giảm khả năng nhiễm tạp trong quá trình lên men

Nội dung của đề tài là nghiên cứu các yếu tố ả nh hưởng đến quá trình lên

men từ ị d ch sắn có nồng độ chất khô cao trong s n xuất cồả n ethanol K t quảế nghiên

cứu đã thu được các đ ều kiện thích hợp cho quá trình dịch hóa trong đ ềi i u kiện lên

men ở nồng độ ch t khô cao là Enzyme d ch hóa (Spezym Extra) 0,030%; nhi t độ ấ ị ệ

dịch hóa 70oC; thời gian dịch hóa 60 phút Đ ềi u kiện thích hợp cho quá trình đường

hóa và lên men ở nồng độ ch t khô cao là Enzyme đường hóa (Stargen001) 0,3%; ấ

nấm men 0,5 g/l; Ure bổ sung 1 g/l; th i gian lên men 72h ờ

Formatted: Font: 13 pt

ABSTRACT

The need to use ethanol as a clean energy source has been increasing that

requires manufacturing industry to improve technology in production with high

efficiency and low cost Fermentation at very-high-Gravity in the ethanol

production is one of methods in order to improve the efficiency of this industry,

lower cost savings and reduce susceptibility to impurities in the fermentation

process

The content of the diploma thesis topic is study for effects of factors on

fermentation of very-high-Gravity cassava mashes in the alcohol production The

obtained result is that, The optimal condition of liquefaction on fermentation at

very-high-Gravity: Enzyme liquefaction (Spezym Extra) is at 0,030%, temperature

of liquefaction is at 70oC; liquefaction time is 60 minutes; The optimal condition of

saccharification and fermentation at very-high-Gravity: Enzyme saccharification

(Stargen001) is 0,3%; yeast adding dosage is 0,5 g/l; Urea adding dosage is 1 g/l;

fermentation time is 72h

Formatted: Font: 13 pt

MỤC LỤC

M Ở ĐẦU 8

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN TÀI LIỆU 10

1.1 Tình hình sản xu t C n trên th gi i và Vi t Nam .ấ ồ ế ớ ở ệ 10 1.2 Nguyên liệu chính để sản xuất cồn etylic .14

1.3 Giới thiệu về ộ m t số enzym sử ụ d ng trong đề tài nghiên c u ứ 20 1.4 Công nghệ ả s n xuất Cồn 22

PHẦN II 33

NGUYÊN VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 33

2.1 Nguyên vật liệu nghiên cứu 33

2.2 Thời gian và địa đ ểi m nghiên cứu 34

2.3 Các phương pháp phân tích 34

2.4 Phương pháp công nghệ: 42

PHẦN III K ẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬ N 46 3.1 Đánh giá phân tích chất lượng nguyên vật liệu sử dụng cho nghiên cứu 46

3.2 Khảo sát khả ă n ng lên men dịch đường nồng độ chất khô cao 47

3.3 Nghiên cứ ảu nh hưởng củ đ ềa i u ki n dệ ịch hoá trong đ ềi u kiện lên men nồng độ chất khô cao 49

3.4 Nghiên cứ ảu nh hưởng củ đ ềa i u kiện đường hóa và lên men đồng thời ở nồng độ chất khô cao 4952 3.5 Đề xuất qui trình công nghệ ả s n xuất cồn………58

KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ 60

Formatted: Font: 13 pt Deleted: M ỤC LỤ C 4 ¶ M Ở ĐẦ U 7 ¶ CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN TÀI LIỆU 9¶ 1.1 Tình hình sản xuất Cồn trên thế giới và ở Việt Nam………9¶ 1.2 Nguyên liệ u để s n xuất Cồn etylic từ ả sắn 12¶

1.3 Giới thiệu về ộ m t số enzym sử ụ d ng trong đề tài nghiên cứu 19¶

1.4 Công nghệ ả s n xuất Cồn 22¶

PHẦN II NGUYÊN VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 34¶ 2.1 Nguyên vật liệu nghiên cứu (chuyển

ph ụ lục) 34 ¶ 2.2 Thời gian và địa đ ể i m nghiên cứu 35¶ 2.3 Các phương pháp phân tích 35¶ 2.4 Phương pháp nghiên cứu 42¶ PHẦN III KẾT QUẢ VÀ THẢO

LUẬN 47¶

3.1 Phân tích chất l ượng nguyên vậ ệu t li

s ử dụng cho nghiên cứ u 47¶

3.2 Khả o sát n ng độ tinh bột khả ồ quan 48¶

3.2 Nghiên cứ ả u nh hưởng c ủ đ ề a i u ki ện dịch hoá 50¶

3.3 Nghiên cứ ả u nh hưởng c ủ đ ề a i u ki ện đường hoá và lên men đồng thời 53¶ 3.4 Đề xuất qui trình công nghệ sản xuất cồn 58¶

K ẾT LUẬ N 59¶

ĐỀ NGHỊ Error! Bookmark not

defined.¶

TÀI LIỆU THAM KHẢO 61¶

DANH MỤC CÁC BẢNG

Bảng 1.1: Chỉ tiêu sản lượng rượu của Việt Nam Trang 11

Bảng 1.2 Các dự án xây dựng Nhà máy ethanol nhiên liệu tại Việt

Nam

Trang 12

Bảng 1.3 Thành phần hoá học của củ sắn tươi - sắn lát khô Trang 16

Bảng 1.4 Diện tích, năng suất và sản lượng sắn Việt Nam

Bảng 1.5 Tính chất của Spezyme XTRA Trang 19

Bảng 1.6 Tính chất của Stargen 001 Trang 20

Bảng 2.1 Lượng cồn thu được theo nguyên li u ệ Trang 20

Bảng 3.2 Hoạt độ của một số emzym sử ụ d ng trong nghiên cứu Trang 36

Bảng 3.3 Kết quả đếm mật độ tế bào nấm men Fermentis Trang 47

Bảng 3.4 Kết quả đếm mật độ tế bào nấm men Mauri – La Ngà Trang 47

Bảng 3.5 Ảnh hưởng của nồng độ chất khô đến hiệu quả lên men Trang 48

Bảng 3.6 Ảnh hưởng của nhiệt độ d ch hoá đến hiệị u quả lên men Trang 49

Bảng 3.7 Ảnh hưởng của th i gian d ch hoá d n hi u qu lên men ờ ị ế ệ ả Trang 50

Bảng 3.8 Ảnh hưởng của n ng độ enzym Spezyme ồ Trang 52

Bảng 3.9 Ảnh hưởng của nấm men đến hiệu quả lên men Trang 53

Bảng 3.10 Ảnh hưởng của nồng độ Stargen001 n hiệu quả lên men Trang 54 đế

Bảng 3.11 Ảnh hưởng của tỷ lệ men giống đến hiệu quả lên men Trang 55

Bảng 3.12 Ảnh hưởng của hàm lượng Ure bổ sung Trang 57

Formatted: Font: 13 pt Formatted: Font: 18 pt Formatted: Font: 13 pt Formatted: Font: 13 pt Formatted: Font: 13 pt

Bảng 1.4 Diện tích, năng suất và sản lượng sắn Việt Nam (1999-2008) 19¶ Bảng 1.5 Tính chất của Spezyme XTRA 19¶

Bảng 1.6 Tính chất của Stargen 001 20

Hình 2.1 Chế phẩm nấm men La Ngà và Chế phẩm nấm men

Fermentis

Trang 35

Hình 2.2 Sơ đồ nghiên cứu Trang 45

Hình 3.1: Quy trình công nghệ ả s n xuất cồn Trang 50

Formatted: Font: 18 pt Formatted: Font: 13 pt Formatted Table Formatted: Font: 13 pt

Formatted: Justified

Formatted: Font: 13 pt Formatted: Normal Formatted: Font color: Auto

Formatted: Font: 13 pt Formatted: Normal

Formatted: Font color: Auto Formatted: Normal

Deleted: ¶ Deleted: , ĐỒ THỊ

M Ở ĐẦU

Sự cạn ki t d n c a các nguồn năng lượng hóa thạch đòi hỏi thế giới phải ệ ầ ủ

tìm kiếm thêm những nguồn năng lượng khác thay thế và có khả năng ph c h i ụ ồ

được

Nhiên liệu sinh học là các dạng nhiên liệu có ngu n gốc độồ ng thực vật

nhưng khác với các dạng nhiên liệu hóa thạch được hình thành do quá trình phân

hủy xác sinh vật trong hàng triệu năm Hiện nay trên thế giới phổ biến nhất là dầu

diesel sinh học và ethanol [7]

Vì thế, nhiên liệu sinh học là m t trong nhộ ững giải pháp ưu tiên trong chính

sách năng lượng của nhiều nước trên thế giới Giải pháp này không những giúp

giảm sự phụ thuộc vào xăng dầu nhập khẩu mà còn thúc đẩy sản xuất nông nghiệp,

giúp xoá đói giảm nghèo, tăng việc làm và tăng thêm sản phẩm hàng hoá cho xã

hội

Ở Việt Nam, ngày 20/11/2007, thủ tướng chính phủ đ ã ban hành quy t định ế

số 177/QĐ-TTg phê duyệt “Đề án phát triển nhiên liệu sinh học đến năm 2015, tầm

nhìn đến 2025” Mục tiêu tổng quát của đề án là phát triển nhiên liệu sinh học thay

thế một ph n nhiên li u hoá th ch truyền thống nhằm góp phầầ ệ ạ n đảm b o an ninh ả

năng lượng và bảo vệ môi trường [7]

Ngành sản xuất cồ đn ã có từ ấ r t lâu, nhưng cho đến khi con người biết đến

tác dụng của nó thì ngành sản xuất cồn mới thực sự phát triển Cồn dùng pha chế

các loại rượu khác nhau, dùng chế biến các loại hương hoa quả, dung môi hoà tan

các hợp chất vô cơ và hữu cơ, dùng trong cao su tổng hợp, trong y dược dùng làm

chất sát trùng, sản xuất dược phẩm và chữa bệnh Đặc biệt Cồn có th sử dụng dưới ể

dạng nguyên chất (E100) hoặc pha với xăng có nguồn gốc dầu mỏ ở ấ b t kỳ ỷ ệ t l nào

để chạy động cơ ă x ng

Hiện nay, 47% cồn nhiên liệu trên thế giới được sản xuất từ mía đường và

53% được sản xuất từ nguyên liệu chứa tinh bột Trong số những nguyên liệ ởu Việt

Nam có tiềm năng s n xuả ất cồn thì s n là nguyên liắ ệu có nhiề ư đ ểu u i m: sắn dễ

trồng trên các loại đất khác nhau và trong đ ềi u kiện khí hậu khác nhau, giá thành chi

Formatted: Font: 18 pt Formatted: Font: 13 pt

Deleted: B ảng 3.1 Độ ẩm và hàm lượn tinh bột c ủa bộ ắn Đồng Xuân t s 41¶

B ảng 3.2 Hoạt độ của một số emzym sử

d ụng trong nghiên cứ u 41¶

B ảng 3.3 Kết quả đếm mật độ tế bào nấm men Fermentis 42¶

B ảng 3.4 Kết quả đếm mật độ tế bào nấm men Mauri – La Ngà 42¶

Bảng 3.5 Ảnh hưởng của nồng độ chất khô đến hiệu quả lên men 43¶ Bảng 3.5 Ảnh hưởng của nhiệt độ dịch hoá đến hiệu quả lên men 44¶ Bảng 3.6 Ảnh hưởng của thời gian dịch hoá dến hiệu quả lên men 45¶ Bảng 3.7 Ảnh hưởng của nồng độ enzym Spezyme 46¶

Bảng 3.8 Ảnh hưởng củ a n m men đến ấ hiệu quả lên men 47¶

B ảng 3.9 Ảnh hưởng của nồng độ Stargen001 đến hiệu quả lên men 48¶ Bảng 3.10 Ảnh hưởng của tỷ lệ men

gi ống đến hiệu quả lên men 49¶ Bảng 3.11 Ảnh hưởng của hàm lượng Ure

bổ sung 50¶

¶

phí để trồng sắn thấp, nguyên liệu sắn sẵn có quanh năm dưới dạng sắn củ tươi hoặc sắn lát khô, hàm lượng tinh bột cao, giá thành sản xuất cồn cạnh tranh so với các nguồn nguyên liệu khác

Bên cạnh tiềm năng về nguồn nguyên liệu, nhằm nâng cao hiệu quả kinh tế trong sản xuất cồn người ta nghiên cứu nâng cao hàm lượng chất khô dịch lên men trong quá trình sản xuất cồn Nâng cao hàm lượng chất khô trong quá trình đường hóa và lên men đồng thời trong sản xuất Cồn giúp t ng nă ăng suất thiết bị đường hóa

và lên men, giảm năng l ng tiêu tượ ốn cho quá trình ch ng cấư t và gi m t n th t rượu ả ổ ấtrong bã rượu cũng như trong nước thải làm tăng hiệu quả kinh tế của quá trình s n ảxuất Đây là một giải pháp công nghệ rấ đt áng được xem xét, nghiên c u và ki m ứ ểchứng trước khi vào sản xuất với quy mô lớn Chính vì vậy, chúng tôi tiến hành

nghiên cứu đề tài “Nghiên cứ u các y u t nh hưởng đến quá trình lên men t ế ố ả ừ dịch sắn có nồng độ chất khô cao trong sản xuất cồn ethanol”

Mục đích của đề tài:

Đưa ra qui trình công nghệ ả s n xu t c n t d ch s n có n ng độ ch t khô cao ấ ồ ừ ị ắ ồ ấ

Nội dung nghiên cứu của đề tài:

1 Nghiên cứ ảu nh h ng cưở ủa quá trình dịch hóa đến quá trình lên men

ở ồ n ng độ ch t khô cao ấ

2 Nghiên cứ ảu nh hưởng của quá trình đường hóa và lên men đồng thời

ở ồ n ng độ ch t khô cao đến hi u su t lên men ấ ệ ấ

C HƯƠNG 1: TỔNG QUAN TÀI LIỆU

1.1 Tình hình sản xuất Cồn trên thế ớ gi i và Vi t Nam ở ệ

1.1.1 Tình hình sản xuất và tiêu thụ ồ c n trên thế giới

Nhu cầu cho ethanol đang tăng lên nhanh chóng trên thế gi i do giá d u tớ ầ ăng

cao và sự khuyến khích sử dụng biofuel Nhu c u c a các nướầ ủ c Châu Á d ng nh ườ ư

cũng tăng lên, với Nhật bản và Hàn quốc sẽ trở thành những nhà nhập khẩu lớn Mỹ

và Brazil thống tr viị ệc sản xuất ethanol và tiêu thụ chúng với các kế hoạch mở ộ r ng

sản xuất và đầu tư thiết bị tinh lọc

Năm 2003 toàn thế giớ đi ã sản xuất được 38,5 tỷ lít cồn (châu Mỹ chiếm

70%, châu Á 17% và châu Âu 10%), trong đó 70% được dùng làm nhiên liệu, 30%

được sử dụng trong công nghi p th c ph m, y t , hoá ch t Đến n m 2007 lượng ệ ự ẩ ế ấ ă

cồn sản xuất được đã tăng lên 56 tỷ lít, trong đó tỷ lệ sử dụng làm nhiên liệu tăng

lên 75% Năm 2009, lượng cồn trên th gi i kho ng 66 t lít D báo đến n m 2012 ế ớ ả ỷ ự ă

(khi nghị đ inh thư Kyoto có hiệu lực), lượng cồn trên thế giới sẽ tăng lên 73,9 t lít ỷ

và tỷ ệ ử ụ l s d ng làm nhiên liệu s t ng lên 85% ẽ ă

Braxin, Mỹ là 2 quốc gia đứng đầu trên thế giới về sản xu t và s dụấ ử ng c n ồ

nhiên liệu, chiếm 70% tổng sản l ng cượ ồn thế giới

Những năm 70, Braxin bắt đầu phát triển nhiên liệu cồn để tận dụng tri t để ệ

nguồn tài nguyên nông nghiệp quốc gia, đặc biệt là ưu thế của cây mía, h ã coi ọ đ

cây mía là nguồn nguyên liệu chính của kế hoạch phát triển cồn nhiên liệu Sau gần

30 năm nghiên cứu và ứng dụng cồn làm nhiên liệu thay thế xăng d u, Braxin ầ

không những trở thành quốc gia sản xuất cồ ớn nhất thế giới, mà còn là nước nắm n l

vững nhất kỹ thuậ ảt s n xu t c n nhiên li u, Sau 10 n m được chính ph Braxin đề ấ ồ ệ ă ủ

xướng và ủng hộ, ngành công nghiệp cồn đã trở thành một ngành sản xuất h t sế ức

thịnh vượng

Formatted: Font: 18 pt Formatted: Font: 13 pt

Deleted: C

Trong cuộc khủng hoảng năng lượng đầu thập kỷ 70 của thế kỷ 20, các nhà máy sản xuất cồn được chính phủ Mỹ ợ tr cấp và x ng pha c n được dùng khá ph ă ồ ổbiến trên thị trường Sang thập kỷ 80, giá dầu lại giảm mạnh làm cho giá cồn cao hơn giá xăng nên một lần nữa nhiên liệu này lại bị đẩy lùi T năm 1990 đến nay, ừ

do giá dầu tăng liên tục trở ạ l i nên cồn lại đượ đưc a vào chương trình an ninh lương thực Mỹ Nước Mỹ có đất ai và khí hậu thuận lợi để sảđ n xu t m t lượng l n c n ấ ộ ớ ồnhiên liệu t cây ngô, góp ph n h u hi u vào viừ ầ ữ ệ ệc giảm nhẹ ự s phụ thuộc ngày càng lớn vào dầu nhập khẩu [7]

Công nghiệp s n xuả ất cồn nhiên liệu cũng đang phát triển mạnh mẽ ở các nước châu Âu Với mục tiêu giảm ph thu c vào nhiên li u hoá th ch, EU đặt mục ụ ộ ệ ạtiêu đến năm 2010 các loại nhiên liệu sinh học sẽ chiếm 5,7% tổng mức tiêu thụ nhiên liệu trong giao thông vận tải [7]

Ở Châu Á ba nước sản xuất cồn lớn nhất là Trung Quố Ấc, n Độ và Thái Lan Sản lượng cồn của ba quốc gia trên tăng nhanh qua từng năm bởi Chính phủ mỗi nước đều có những kế hoạch xây dựng và phát tri n thêm nhi u nhà máy s n xu t ể ề ả ấcồn với năng suất cao

Chính phủ Trung Quố đc ang tăng cường hỗ trợ cho năng lượng sinh h c và ọhoạt động sản xuất cồn Trong kế hoạch năm 2006 - 2010 chính phủ đạt mục tiêu sản xuất 6 triệu tấn Cồn [7]

Gần Việt Nam nhất là Thái Lan, một nước đã có chính sách sản xuất nhiên liệu sinh học từ 10 năm nay Từ năm 2002, Thái Lan ã xây dựng thêm 4 nhà máy đsản xuất cồn nhằm giảm chi phí nhập kh u x ng d u N m 2004, Thái Lan ã s n ẩ ă ầ ă đ ảxuất trên 280.000 m3 cồn, đầu t thêm 20 nhà máy để năư m 2015 có trên 2,5 t lít ỷcồn dùng làm nhiên liệu [6]

1.1.2 Tình hình sản xuất và tiêu thụ ồ ở c n Việt Nam

Với nền tảng của một quốc gia có n n s n xu t nông nghi p, các s n ph m ề ả ấ ệ ả ẩngũ cốc d i dào, phong phú ã t o nên s a d ng trong ngu n nguyên li u cung ồ đ ạ ự đ ạ ồ ệcấp cho ngành sản xu t rượu c n ấ ồ

Theo thống kê năm 2007 ở Việt Nam có khoảng 328 cơ ở s sản xu t rượu l n ấ ớvới sản lượng 360 triệu lít/năm, 320 cơ sở sản xu t nhỏ vớ ảấ i s n lượng d i 1 tri u ướ ệlít/năm, hộ gia đình tự ả s n xu t ước tính kho ng 250 triệấ ả u lít/n m ă

Theo khảo sát c a Bộ Công Thương, hết quý I-2009, rượu tăng 16% so với ủcùng kỳ năm 2008 Cho đến năm 2010 chính ph vẫủ n định hướng ch đạo vi c ti p ỉ ệ ếtục gia tăng sản lượng rượu bia do nhiều thành phần kinh tế tham gia sản xuất, chỉ hạn chế dần lượng rượu dân tự nấu

Dự báo mức tiêu thụ rượu bia ở nước ta trong thời gian sắp tới vẫn tiếp tục gia tăng Trong những năm vừa qua, bình quân 1 năm mức tiêu thụ rượu bia tăng t ừ8-10% Các chỉ tiêu sản l ng r u bia ượ ượ được xác định trong quy hoạch tổng thể phát triển ngành rượu bia, nước giải khát Việt Nam (bảng 1.1)

Bảng 1.1: Chỉ tiêu sản lượng rượu của Việt Nam (Đơn vị: Triệu lít)

Ngoài ra, để thúc đẩy ngành sản xuất nhiên li u sinh h c phát triểệ ọ n, Th ủtướng Chính phủ ngày 20/11/2007 đã ra quyết định phê duyệt “Đề án phát triển nhiên liệu sinh học đến năm 2015, tầm nhìn đến năm 2025” với m c ích thay thế ụ đmột phần nhiên liệu có nguồn gốc hóa thạch, góp phần bảo đảm an ninh năng lượng

và bảo vệ môi trường [7]

Nhận thức được tiềm năng thị trường Việt Nam, một số doanh nghiệp trong nước đã tiến hành đầu tư xây dựng các nhà máy ethanol tại các địa phương có nhiều nguyên liệu Một số công ty nước ngoài đến từ Anh, Hàn Quốc, Nhật Bản và Trung Quốc cũng đang đẩy mạnh việc tìm kiếm đối tác đầu tư trong nước [7]

Tên nhà máy Công suất Ngày hoạt

động dự ế ki n Chủ đầu t ưNhà máy Đại Lộc -

Quảng Ninh

100 triệu lít/năm 03/2009 Công ty Đồng Xanh Nhà máy Cu - Dút

Đắc Nông

50 triệu lít/năm 12/2008 Công ty Đại Việt Nhà máy Tam Nông

Phú Thọ

100 triệu lít/năm 06/2011 Công ty PVB thuộc PVO

Nhà máy Dung Quất 100 triệu

lít/năm 07/2011

Petrosetco, NMLD Bình Sơn thuộc PetroVN Nhà máy Bình Phước 100 triệu

lít/năm 07/2011

Liên Doanh ITOCHU Nhật Bản và PV OIL Tập đoàn Dầu khí quốc gia Việt Nam đã đi tiên phong trong việc đầu tư xây dựng và phân phối nhiên liệu sinh họ ởc Việt Nam Các công ty thành viên của Tập

đoàn ã đầu t ba nhà máy ethanol t i ba miền Bắc, Trung, Nam với công suất mỗi đ ư ạnhà máy 100 triệu lít/năm đủ để cung cấp cho nhu cầu ethanol pha xăng trong tương

lai ở Việt Nam.Các nhà máy ethanol của Tậ đp oàn s d ng công nghử ụ ệ tiên tiến của

Mỹ và Ấn độ Các công nghệ này đã được thực tế kiểm chứng mức độ thành công

và hiệu quả ạ t i Thái Lan [7]

1.2 Nguyên liệu chính để sản xuất cồn etylic

Việt Nam là nước nông nghiệp nên những nguồn nguyên li u chệ ứa tinh bột

có sẵn và được phân b rộố ng rãi kh p c nước Nguyên liệắ ả u ch yếu mà các nhà ủmáy rượu cồn ở nước ta th ng dùng là sắườ n do ó, trong đề tài này, chúng tôi dùng đnguồn nguyên liệu bột sắn khô để nghiên cứu

1.2.1 Giới thiệu về ủ ắ c s n

1.2.1.1 Nguồn gốc của sắn

Sắn (Manihot esculenta Crantz) là cây lương thực ăn củ hàng n m, có thể ăsống lâu năm, thuộc họ thầu dầu Euphorbiaceae [3]

Cây sắn có nguồn gố ởc vùng nhiệt đới của châu Mỹ La tinh (Crantz, 1976)

và được trồng cách đây khoảng 5.000 năm (CIAT, 1993) Bằng ch ng v ngu n g c ứ ề ồ ố

sắn trồng là những di tích khảo cổ ở Venezuela niên đại 2.700 năm trước Công nguyên, di vật thể hiện củ sắ ởn vùng bi n Peru kho ng 2000 n m trước Công ể ả ănguyên, những lò nướng bánh sắn trong phức hệ Malabo phía B c Colombia niên ở ắđại khoảng 1.200 n m trước Công nguyên, nh ng h t tinh bộă ữ ạ t trong phân hoá th ch ạđược phát hiện tại Mexico có tuổ ừi t năm 900 đến n m 200 trước Công nguyên ă(Rogers 1963, 1965) [3]

Sắn được trồng vào hai vụ trong năm:

Vụ Xuân: Cuối tháng 1 đến hết tháng 3

Vụ Thu: Tháng 9 – tháng 10

1.2.1.2 Cấu t o c a c ạ ủ ủ ắ s n

C sủ ắn gồm ba phần chính: v , thịt củ và lõi; ngoài ra còn có cuống và rễ ủ ỏ c

Vỏ gồm v gỗỏ và v cùi V gỗ cấỏ ỏ u t o ch yếạ ủ u xenluloza, có tác d ng b o ụ ả

vệ củ kh i tác độỏ ng bên ngoài; đồng th i hạờ n ch mấế t nước c a c B n thân v ủ ủ ả ỏ

cứng nhưng liên kết không bền với vỏ cùi, do đó rễ mất khi thu ho ch và v n ạ ậchuyển Tỷ lệ vỏ gỗ ph thu c gi ng sụ ộ ố ắn, độ già và kh i lượố ng củ - thường vào khoảng 1,5 đến 2% [11]

Vỏ cùi dày khoảng 1 đến 3 mm và chiếm 8 - 15% khối lượng củ V cùi gồm ỏlớp tế bào mô cứng phủ ngoài Thành phần lớp này cũng chủ yếu là xenluloza, h u ầnhư không chứa tinh bột nhưng ch a nhi u d ch bào (m sắn) Trong thành phần ứ ề ị ủdịch bào có chứa các polyphenol Tiếp theo là lớp tế bào mô mềm, lớp này ngoài dịch bào còn chứa khoảng 5% tinh bột Các polyphenol, enzim và linamarin có tác dụng bảo vệ củ phát tri n bình thườể ng tr c thu ho ch, nh ng khi ã ào b i c ướ ạ ư đ đ ớ ủkhỏi đất chúng lại gây trở ngại cho bảo qu n và chả ế biến Tổng lượng các chất polyphenol trong sắn khoảng 0,1 đến 0,3%, trong đó có tới 85-90% tập trung ở vỏ cùi [11]

Sau vỏ cùi là khe mủ - n i l u thông mủ giữa vỏ cùi và thịt củ Do tác dụng ơ ưnày nên liên kết giữa vỏ với th t s n không b n, d tách v kh i th t s n L p tiếp ị ắ ề ễ ỏ ỏ ị ắ ớnối là tầng sinh gỗ, vớ ủi c phát tri n bình thường thì l p này ch nhìn rõ khi lu c ể ớ ỉ ộchín Tiếp theo tầng sinh gỗ là thịt sắn chứa nhiều tinh bột, protein và các chất dầu

Đây là ph n d tr ch y u các ch t dinh dưỡng c a c [11] ầ ự ữ ủ ế ấ ủ ủ

Lõi sắn nằm trung tâm củ, dọc suốt chiều dài Thành phần lõi chủ yếu là ởxenluloza Lõi có chức năng dẫn nước và các chất dinh dưỡng giữa cây và củ, đồng thời giúp thoát nước khi sấy hoặc phơi khô [11]

Hình 1.1 Cấ u t o c a ạ ủ

củ sắn

Hình 1.2 Một số hình ảnh về ủ ắ c s n

1.2.1.3 Thành ph n hoá h ầ ọc của sắn

Củ sắn tươi có t lệỷ ch t khô 38-40%, tinh b t 16-32%, giàu vitamin C, ấ ộCalcium, VitaminB và các chất khoáng, nghèo chất béo, muối khoáng, vitamin và nghèo đạm Trong củ sắn, hàm lượng các acid amin không được cân đối, th a ừarginin nhưng lại thiếu các acid amin chứa lưu huỳnh Thành phần dinh dưỡng khác biệt tuỳ giống, vụ trồng, số tháng thu hoạch sau khi trồng và kỹ thu t phân tích [11] ậ

Bảng 1.3 Thành phần hoá học củ a c s n tươi - s n lát khô ủ ắ ắ

1.2.1.5 Đặc tính của tinh bột sắn

Tinh bột sắn có màu sáng trắng, có pH từ 4,5 đến 6,5 Hạt tinh bột sắn có kích thước 5- 40 µm, chủ yếu là hình tròn, có b mặề t nh n Hàm lượng amilopectin ẵtrong tinh bột sắn tương đối cao, chiếm 78- 80% Tinh bột sắn có độ nở, kh năng ả

hồ hoá và độ nhớt cao Nhiệt độ hồ hoá c a tinh b t s n 58 - 80ủ ộ ắ oC Độ nhớt dung dịch tinh bột sắn tăng nhanh và có độ dính cao so với tinh bộ ừt t ngu n khác ồ

1.2.2 Tình hình sản xuất và tiêu thụ ắ s n trên thế giới và ở Việt Nam

I.2.2.1 Sản xuất và tiêu thụ ắ s n trên thế giới

Sắn hiện được trồng trên 100 nước có khí hậu nhiệt đới và cận nhi t đới T ệ ổchức Nông lương thế giới (FAO) xếp sắn là cây lương thực quan trọng các nước ở

đang phát tri n sau lúa g o, ngô và lúa mì ể ạ

Đặc biệt trong th i gian t i, sắờ ớ n là nguyên li u chính cho công nghi p ch ệ ệ ếbiến nhiên liệu sinh học (ethanol)

Năm 2008, sản lượng sắn thế giới đạt 238,45 triệu tấn củ tươi so với 223,75 triệu tấn năm 2007 và năm 1995 là 161,79 triệu tấn Nước sản xuất sắn nhi u nh t là ề ấNigeria (45,72 triệu tấn), kế đến là Thái Lan (22,58 triệ ấn) và Indonesia (19,92 u ttriệu tấn) Nước có năng suất sắn cao nhất là Ấn Độ (31,43 tấn/ha), kế đến là Thái Lan (21,09 tấn/ha), so với năng suất sắn bình quân của thế giới là 12,87 tấn/ha (FAO, 2008) Việt Nam đứng thứ mười về sản lượng s n trên th gi i (9,38 triệu ắ ế ớtấn) [7]

Sản lượng sắn củ của Nigeria và 6 nước châu Phi khác năm 2008 tăng 30%

Có được kết quả này là nhờ dự án tài tr 5,3 tri u USD c a Qu Phát tri n Qu c t ợ ệ ủ ỹ ể ố ếcủa Mỹ, có thời hạn 2 năm Nigeria là nước sản xuất sắn củ lớn nh t th gi i, v i ấ ế ớ ớsản lượng hàng năm đạt 38 triệu tấn Năng suất sắn của 7 nước nói trên hiện nay vào khoảng 7-12 tấn/hécta, sẽ ă t ng lên 12-30 t n sau khi d án trên kết thúc [7] ấ ự

Là nước sản xuất ethanol lớn thứ ba trên thế ớ gi i, sau Mỹ và Bra-xin, nhi u ềđịa phương của Trung Qu c ã b t bu c s dụố đ ắ ộ ử ng ethanol-blended x ng trong xe ăhơi Trung Quốc đã xây dựng nhiều nhà máy chế biến nhiên liệu sinh học trên cả

nước, đặc biệt là khu vực Quảng Tây, nơi chiếm 70% sản lượng sắn của cả nước,

đạt 7 triệu tấn/năm Trong đó lớn nhất là Nhà máy của China Oil and Food

Corporation (COFCO) tiêu thụ 1,5 triệu t n sấ ắn/n m ă

Đồng thời, Chính ph Trung Qu c c ng liên k t với các nước Lào, Nigieria, ủ ố ũ ế

Philippin để trồng sắn tại các nước này, như kế ho ch tr ng 4.498 ha tại Lào, trồng ạ ồ

4.500 ha tại Philippin nhằm tăng nguồn cung cho nhu c u trong n c Nhu cầ ướ ầu đối

với mặt hàng sắn của Trung Quốc là rất lớn Dự kiến mỗ ăm nước này phải n i nh p ậ

khẩu từ 6 - 6,5 triệu tấn sắn/năm mới đáp ứng đủ nhu cầu

1.2.2.2 Sản xuất và tiêu thụ ắ s n ở Việt Nam

Cây sắn đựơc du nhập vào Vi t Nam khoảng giữa thế kỷệ 18, (Ph m V n ạ ă

Biên, Hoàng Kim, 1991) Sắn được canh tác phổ ế ạ bi n t i h u h t các t nh c a Vi t ầ ế ỉ ủ ệ

Nam từ ắ B c đến Nam Sắn là cây lương thực, thức ăn gia súc quan trọng sau lúa và

ngô Cây sắn là nguồn thu nhập quan trọng của các hộ nông dân nghèo do sắn dễ

trồng, ít kén đất, ít vốn đầu tư, phù hợp sinh thái và đ ềi u kiện kinh tế nông hộ

Việt Nam đã đạt tiến bộ kỹ thu t nhanh nh t châu Á v ch n t o và nhân ậ ấ ề ọ ạ

giống sắn Năng suất và sản lượng sắn của nhiều tỉnh đã tăng lên gấ đôi do trồp ng

các giống sắn mới năng suất cao và áp dụng kỹ thuật canh tác sắn thích hợp, bền

vững Năm 2008 sản lượng sắn Việt Nam đạt 9,40 triệ ấu t n so vớ ải s n lượng 1,99

triệu tấn của năm 2000 Đó là kết quả ủ c a việc mở rộng di n tích t 237.600 ha lên ệ ừ

555.700 ha và tăng năng suất từ 8,36 tấn/ha năm 2000 lên 16,91 tấn/ha năm 2008

Nguồn: Niên gián thống kê năm 2008

1.3 Giới thiệu về ộ m t số enzym s d ng trong đề tài nghiên cứu ử ụ

1.3.1 Spezyme XTRA [17]

Spezyme XTRA là một chế phẩm enzym chịu nhiệt thuỷ phân tinh b t - amylase ộ αvới độ bền rất cao ở pH thấp, được sinh tổng h p tợ ừBacillus licheniforlis ã biến đổi đgen Endo- amylase có trong Spezyme phân cắt một cách ngẫu nhiên liên kế αt - 1,4- glucozit làm giảm nhanh chóng độ nhớt của tinh bột hồ hoá thành dextrin và các oligosaccarit hoà tan được

Ư đ ể u i m c a Spezyme XTRA: ủ

- Giúp gi m nhanh ả độ nhớt

- Có thể hoạt động tốt tại pH dịch hoá thấp khoảng 5,5

Hoạt tính của Spezyme XTRA được biểu di n bễ ằng đơn vi Anpha Amylase Units (AAU) Hoạt tính của enzym được xác định bởi tốc độ thuỷ phân tinh bột, dựa trên sự giảm khả ă n ng tạo màu với iốt Một đơn vị AAU là lượng enzym cần thiết để thuỷ phân 10 mg tinh bột dưới những đ ềi u kiện xác định

Bảng 1.5 Tính chất của Spezyme XTRA

STARGEN 001 là một ch ph m có ch a enzym α- amylase của Aspergillus ế ẩ ứ

kawachi và glucoamylase củ a Aspergillus niger có tác động hi p đồng để thu phân ệ ỷ

tinh bột sống thành glucose Enzym nội mạch - amylase và ngo i m ch α ạ ạglucoamylase trong Stargen 001 xúc tác cho sự thuỷ phân hoàn toàn tinh bột sống

dưới các đ ềi u ki n lên men khác nhau Quan tr ng là Stargen 001 có nhi t độ t i ưu ệ ọ ệ ốrất thấp (20 - 40oC) đồng thời có pH thích hợp với quá trình lên men rượu Cồn (4 - 4.5) [18]

Bảng 1.6 Tính chất của Stargen 001

pH hoạt động 4,0 – 4,5 Màu sắc Ch t lỏng màu nâu sáng ấTrọng lượng riêng 1,10 – 1,15g/ml

Hoạt tính của STARGEN 001 được biểu diễn bằng đơn vị Granular Starch Hydrolyzing Units (GSHU) được tính toán dựa vào mức hoạt tính của enzim đối với tinh bột sống và hoạt tính của glucoamylase đố ới dextrin hoà tan với nhữi v ng i u đ ề

kiện xác định

Ư đ ể u i m c a STARGEN 001: ủ

- Thực hiện quá trình dịch hoá và đường hoá đồng thờ ởi nhiệt độ thường Trong đó glucoamylase thuỷ phân khoan sâu vào h t tinh b t còn amylase thu ạ ộ α ỷphân để mở rộng những lỗ khoan này

- Giữ hoạt độ cao dưới các đ ềi u ki n cệ ủa quá trình đường hoá lên men đồng thời dưới sự trợ giúp của nấm men trong sản xu t ethanol ấ

- Tạo ra Glucose liên tục

- Loại trừ sự cần thi t c a các tác nhân nh Calci hay muối Natri nhằm làm ế ủ ưtăng hoạt tính Enzym

- Khi sử dụng trong m t quá trình sản xuất được thiết kế tốt, không có quá ộtrình nấu và so sánh với các hệ thống enzyme có quá trình dịch hoá và đường hoá truyền thống có giai đ ạo n nấu, chế phẩm này cho:

+ Hiệu suất cồn cao

+ Giảm các đơn vị ậ v n hành

+ Giảm chi phí sản xuất

Các ứng dụng của Stargen 001

Stargen 001 là chế phẩm được sản xu t cho quá trình sấ ản xuất Cồ ừ ngũ ốn t c c

và các nguyên liệu chứa tinh bột khác sử dụng cho quá trình đường hoá và lên men đồng thời không qua giai đ ạo n n u ấ

Việc sử dụng enzym có kh năả ng thu phân tinh b t s ng nh Stargen có ỷ ộ ố ưnhi u u ề ư đ ểi m về mặt n ng lượng nh ng c ng có nhược i m ó là lượng enzyme ă ư ũ đ ể đ

cần thiết để thuỷ phân tinh bột sống lớn hơn nhiều so với lượng enzyme cần để thuỷphân tinh bột hoà tan Trong những trường hợp này, chi phí cho enzyme chỉ đứng thứ hai sau chi phí cho nguyên liệu thô Dựa trên những cơ ở ề s v chi phí, sự giảm chi phí Enzyme cũng là cần thiết để duy trì lợi ích từ việc tiết kiệm năng lượng của phương pháp thuỷ phân tinh bột sống

Hình 1.3 Quá trình thủy phân tinh bột với chế phẩm enzym Stargen 001

1.4.1 Công nghệ ả s n xuất cồn truyền thống

Công nghệ sản xu t c n truy n th ng ã và ang được áp d ng t i m t s ấ ồ ề ố đ đ ụ ạ ộ ốnước đang phát triển Do vấn đề an ninh lương thực nên hiện nay đa số các quốc gia đều chọn s n làm nguyên liệắ u ch yếủ u cho s n xu t C n Quy trình s n xu t g m ả ấ ồ ả ấ ồ

các công đ ạo n chính là: nghiền, nấu, dịch hoá, đường hoá, lên men, chưng cất và tinh chế

- Nghiề n nguyên li u ệ

Mục đích của quá trình nghiền nguyên liệu là làm phá vỡ cấu trúc màng t ếbào thực vật, giải phóng hạt tinh bột và tăng cường s ti p xúc gi a c ch t v i ự ế ữ ơ ấ ớnước và enzyme, thúc đẩy quá trình nấu, đường hóa và các quá trình thủy phân khác nhanh và triệt để h n [11] ơ

- Dịch hoá nguyên liệu

Mục đích chủ yếu của của quá trình dịch hoá là nhằm phá vỡ màng tế bào c a ủtinh bột, tạ đ ềo i u kiện biến chúng thành dạng hoà tan trong dung dịch

Hiện nay, ở các nhà máy người ta sử dụng thêm các ch ph m enzyme trong ế ẩquá trình nấu nhằm làm giảm nhiệt độ nấu và th c hi n được áp su t thường nên ự ệ ở ấchi phí năng lượng và thiết bị ả đ đ gi m i áng kể

Quá trình nấu nguyên li u chệ ị ảu nh hưởng của nhiều yếu tố: nhiệt độ; pH dịch; nồng độ enzym; thời gian d ch hoá … ị

- Đường hóa: sau khi dịch hóa xong, hạt tinh bột trong dịch cháo đã chuyển

sang trạng thái hòa tan, nhưng chưa thể lên men trực tiếp để biến thành rượ được, u

mà phải trải qua quá trình thủy phân do xúc tác của enzyme glucoamylase để ến bithành đường Quá trình này có vai trò quan trọng trong công nghệ sản xu t c n ấ ồEtylic, bởi nó quyết định hi u suất thu hồi rượu do giảệ m b t ho c gia t ng đường và ớ ặ ătinh bột sót sau lên men

Hình 1.4 Sơ đồ công ngh s n xu t Cồn truyền thống ệ ả ấ

- Lên men: dưới tác dụng c a n m men, đường s bi n thành rủ ấ ẽ ế ượu và khí

Cacbonic cùng với nhiều sản ph m trung gian khác Kẩ ết thúc quá trình lên men thu

được hỗn hợp g m rượồ u - n c - bã, g i là dịch dấm chín ướ ọ

- Chư ng c t: là quá trình tách rượu và các tạ ấ p ch t d bay h i nh rượu, este, ấ ễ ơ ư

aldehyt, alcol cao phân tử… khỏi dấm chín Kết quả là nhận được rượu thô hay cồn

thô Tinh chế hay tinh luyện là quá trình tách các tạp chất khỏi cồn thô và nâng cao

nồng độ cồn [11]

1.4.2 Công nghệ ả s n xuất cồn hiện nay trên thế giới

Ở mộ ốt s nước trên thế gi i ã b t đầu nghiên c u th nghi m và ng d ng ớ đ ắ ứ ử ệ ứ ụ

công nghệ ị d ch hoá không qua nấu, với việc bổ sung một số chế ph m enzyme m i ẩ ớ

Người ta không cần tiến hành quá trình dịch hoá ở nhiệt độ 90-100oC nữa mà nhiệt

độ dịch hoá có th hạể xu ng th p kho ng 60-70ố ấ ả oC, thậm chí dịch hoá không gia

nhiệt Công nghệ này đã được áp dụng v i m t s nguyên liệu tinh bột tớ ộ ố ại mộ ố t s

nước như Mỹ, Thái Lan… Công ngh này c n nghiên c u, ki m ch ng trước khi ệ ầ ứ ể ứ

ứng d ng vào s n xu t v i i u ki n c a nước ta ụ ả ấ ớ đ ề ệ ủ

Formatted: Font: 13 pt

- Nghiền nguyên liệu:

Nguyên liệu được nghiền mịn để tạ đ ềo i u ki n cho Enzym d dàng ti p xúc ệ ễ ếvới hạt tinh bột

- Dịch hóa nguyên liệu

Một số loại enzym mới cho phép thực hi n hi u qu quá trình h hóa và d ch ệ ệ ả ồ ịhóa ở nhiệt độ thấp hơn thay vì hồ hóa và dịch hóa ở nhiệt độ sôi theo quy trình truyền thống

Thậm chí, công ngh sảệ n xu t c n còn d a trên vi c s dụng các enzym đặc ấ ồ ự ệ ửbiệt cho phép thực hiện quá trình đường hóa trực tiếp mà không cần qua quá trình nấu chín tinh bột

Enzym có thể thủy phân tinh bộ ống (không c n gia nhit s ầ ệ đt) ã được biết đến

từ năm 1944 Tuy nhiên, ch có Nh t B n s n xu t được enzym thương ph m để ỉ ậ ả ả ấ ẩthủy phân tinh bột sống dùng trong sản xuất rượu Sake Một lý do quan trọng làm hạn chế sự phát tri n c a các lo i enzym này là giá thành quá đắt do phả ửể ủ ạ i s dụng phương pháp lên men rắn Hiện nay, hãng Genecor đã nghiên cứu và phát triển thành công loại enzym thủy phân tinh bột sống với giá thành hợp lý và có hoạt độ cao nên có thể ứ ng dụng thủy phân tinh bột sống trong công nghệ sản xu t etanol ấ[21]

Ư đ ểu i m ó không nh ng giúp gi m được th i gian sản xuất, tiết kiệm năng đ ữ ả ờlượng và chi phí cho thiết bị, giảm đi thời gian và chi phí để hạ nhiệt độ xuống nhiệt

độ đường hóa và lên men, đồng thờ ại t o đ ềi u kiện để thực hi n được quá trình ệđường hóa và lên men ng thời đồ

Như vậy trong m t thi t b có th bổộ ế ị ể sung v a enzym đường hóa, v a n m ừ ừ ấmen, thời gian cho một chu k đường hóa c ng nh lên men gi m rõ r t [18] [19] ỳ ũ ư ả ệ[20]

- Quá trình đường hóa và lên men đồng thời

Công nghệ đường hoá và lên men đồng thời (SSF) là công nghệ kế ợt h p quá trình đường hoá nguyên liệu tinh bột và quá trình lên men đồng thời trong cùng một

thiết bị và ở cùng m t nhi t độ vớ ự ợộ ệ i s tr giúp c a emzyme m i Phương pháp này ủ ớ

có ưu đ ểi m nổi bật hơn là đường tạo ra đế đâu được lên men đến đó nên nấm men n không phải chịu áp su t th m th u cao đồng th i làm giảm nguy cơ nhiấ ẩ ấ ờ ễm tạp và nâng cao năng suất

Hình 1.5 Sơ đồ công nghệ ả s n xuất Cồn hiện nay trên thế giới

Hiện nay, quá trình thủy phân tinh bột ít gia nhiệt kết hợp với quá trình đường hóa và lên men đồng thờ đi ã được áp dụng thành công trong sản xuất cồ ừ n tngô Nhóm tác giả đ ã sử dụng ch ph m enzym th y phân và đường hóa tinh b t ế ẩ ủ ộsống ít gia nhiệt chứa hỗn hợp α-amylaza và glucoamylaza để thủy phân tinh bột

ngô (chỉ ủ ở 480C trong 2 giờ), đường hóa và lên men đồng thời v i nớ ồng độ cồn tạo ra tương đương với phương pháp truyền thống Ngoài ra phương pháp đường hóa và lên men đồng thời cho phép giả đm áng kể hàm lượng glucoza có trong dịch đường tại th i i m b t u quá trình lên men: chỉờ đ ể ắ đầ còn 7% so v i 19% khi s dụng ớ ửphương pháp đường hóa song song với thực hiện quá trình lên men Đ ềi u này làm giảm ảnh hưởng áp suất thẩm thấu lên tế bào nấm men đồng thời cũng làm giảm nguy cơ nhiễm tạp vi sinh vật trong công đ ạo n lên men

Theo một số nghiên cứu mới được công bố của hãng Genecor, m t s ch ộ ố ếphẩm enzym của hãng có thể được sử dụng để sản xu t c n theo công ngh ti t ấ ồ ệ ếkiệm năng lượng (ít gia nhiệt) đối với các nguyên liệu như gạo, ngô (Stargen001), mạch đen, lúa m , đại m ch (Stargen002) [22] ỳ ạ

Những nghiên cứu gần đây nhất của Xu và Duan [19] cho thấy có thể sử dụng thế hệ enzym m i để s n xu t c n không cần gia nhiệ ở ồớ ả ấ ồ t n ng độ chất khô cao

một cách có hiệu quả đối với nguyên liệu bobo (sorghum) Nồng độ etanol có thểđạt tới 20%v/v sau 90 gi lên men có s dụờ ử ng n m men khô thương ph m v i d ch ấ ẩ ớ ịđược chuẩn bị ừ t bobo có n ng độồ chất khô ban u là 35% đầ

Công nghệ sản xu t m i này có nhi u u i m nh : gi m được th i gian ấ ớ ề ư đ ể ư ả ờsản xuất, tiết kiệm năng lượng và chi phí cho thiết bị, giả đ đm i áng k lượể ng n c ướdội nguội để hạ nhi t độ xu ng nhi t độ đườệ ố ệ ng hóa và lên men, ng th i tạ đ ềđồ ờ o i u kiện để thực hiện được quá trình đường hóa và lên men đồng thời Như vậy trong một thiết bị có thể bổ sung v a enzym ừ đường hóa, vừa nấm men, thời gian cho một chu kỳ đường hóa cũng như lên men giảm rõ rệt [18] [19] [20]

Ngoài ra, công nghệ nấu ít gia nhi t ho c không gia nhi t cho phép sản xuất ệ ặ ệ

dịch đường lên men có nồng độ cao làm nâng cao năng suất Hơn nữa công nghệnày còn làm nâng cao hiệu su t do giấ ảm thiểu lượng đường khử và axit amin trong phản ứng tạo melanoidin hoặc phả ứng caramen hóa đường xảy ra khi nấu ở nhiệt n

độ cao Tuy nhiên do không có thiết b nấ ởị u áp su t cao và không gia nhiệt đến ấnhiệt độ hồ hóa, kích thước h t tinh b t ph i được nghi n m n h n so v i quy trình ạ ộ ả ề ị ơ ớ

truyền thống [23] [24] [25] Công nghệ mới này chi phí enzym cao hơn và do không

có quá trình nấu chín nên nguy c nhi m t p cao h n, tuy v y có th hạơ ễ ạ ơ ậ ể n ch nhi m ế ễtạp bằng sử dụng các chất sát trùng và hạ pH thấp

1.4.3 Một số yế u t nh hưởng đến quá trình lên men nồ ố ả ở ng độ ch t khô cao ấ trong sản xuất ethanol

Sự cạn ki t d n c a các ngu n n ng lượng hoá thạch đòi hỏi thế giới phải tìm ệ ầ ủ ồ ăkiếm thêm những nguồn năng lượng mới thay thế và có khả năng ph c h i được ụ ồCồn etylic đã được đầu tư rấ ột r ng rãi vì nó là m t lo i nhiên li u thay th tốộ ạ ệ ế t h n ơkhí đốt cũng như nhiên liệu lỏng khác Tuy nhiên qua nhiều nghiên cứu người ta thấy rằng v m t kinh tế, Cồn etylic không thể cạề ặ nh tranh được v i khí đốt và xăng ớdầu bắt nguồn từ nguyên liệu hoá thạch Bởi vậy, cải tiến quy trình s n xuấ ồn là ả t c

cơ hội chuy n đổi nhiên li u, c n s là s n ph m kinh t đầy triểể ệ ồ ẽ ả ẩ ế n v ng M t trong ọ ộnhững biện pháp c i tiến quy trình sản xuất cồn là lên men rượu ở nồng độ chất khô ảcao Kỹ thuật này giúp làm tăng cả về ố t c độ lên men và n ng độ c n thu được, do ồ ồvậy làm giảm giá thành sản phẩm

Lên men ở ồ n ng độ chất khô cao trong sản xuất cồn phụ thuộc và việc chuẩn bị

và lên men dịch có chứa nồng độ cacbonhydrat l n hơn 30% thể tích là: ớ

- Ảnh hưởng của quá trình dịch hoá

- Ảnh hưởng của quá trình đường hoá và lên men đồng thời

Quá trình dịch hóa, đường hóa và lên men đồng thờ ởi nồng độ ch t khô cao ấchịu ảnh hưởng của các y u tố sau: ế

1.4.3.1 Ảnh hưởng của nhiệt độ dịch hoá

Trong quá trình dịch hoá một ph n tinh b t trong nguyên liệầ ộ u được chuy n ểhóa thành đường, dextrin Nếu dịch hoá ở nhiệt độ cao, đường s b phân hủy do các ẽ ị

phản ứng như phả ứng caramen hóa, phả ứng melanoidin, mức độ phân hủy n n đường phụ thu c nhi u vào nhiộ ề ệt độ, pH và thời gian nấu

Hiện nay qua nghiên cứu người ta thấy nếu s d ng enzym để d ch hóa thì có ử ụ ịthể giảm được nhiệt độ cũng nh th i gian n u i r t nhi u Khi b sung enzym ư ờ ấ đ ấ ề ổ

Spezyme vào quá trình dịch hóa thì nhiệt độ dịch hóa ch vào kho ng 70ỉ ả oC – 80oC,

giúp hạn chế được sự ổ t n thất đường và chi phí trong quá trình nấ đu i rất nhiều

Vì Enzym có bản chất Protein nên khi t ng nhiệt độ đến một giới hạă n nào đó

thì protein sẽ ị b biến tính, vận tốc phả ứn ng enzym sẽ bị ả gi m d n và có th bị đầ ể ình

chỉ hoàn toàn

Đối với quá trình d ch hóa có n ng độ ch t khô cao, nhi t độ dịch hóa cao ị ồ ấ ệ

làm dịch bột dễ bị cháy, nên trong quá trình này k t hế ợp Enzyme d ch hóa có kh ị ả

năng dịch hóa cao ở nhiệt độ thấp là cần thiết

1.4.3.2 Ảnh hưởng của pH dịch hoá

Mỗi enzym có một pH tố ưi u nhất định Trong đ ềi u kiện sản xuất, việc đ ềi u

chỉnh pH dịch hoá về ầ g n v i pH t i u c a enzyme là r t c n thi t ớ ố ư ủ ấ ầ ế

1.4.3.3 Ảnh hưởng của nồ ng độ enzym dịch hoá

Khi nghiên cứu về động học enzym thấy rằng, trong i u ki n th a c ch t đ ề ệ ừ ơ ấ

thì vận tốc phản ứng thủy phân ph thuộc tuyến tính vào nồng độ enzym Nế ăụ u t ng

nồng độ enzym đến một gi i hớ ạn nào đó thì vận tốc thủy phân không t ng, lúc này ă

nồng độ enzym bão hòa Chính vì vậy, trong quá trình dịch hoá, phải tìm mộ ồt n ng

độ enzym hợp lý để tránh gây lãng phí

Đối với quá trình dịch hóa có nồng độ chất khô cao, Nồng độ Enzyme d ch ị

hóa phải đạt nồng độ đủ để phả ứng Enzyme xảy ra hoàn toàn n

1.4.3.4 Ảnh hưởng của thời gian dịch hoá

Quá trình dịch hoá tinh bột được thực hiện dưới tác dụng của enzym dịch

hoá, diễn ra trong thời gian nhất định N u thế ời gian dịch hoá ngắn thì quá trình

dịch hoá diễn ra chưa hoàn toàn, nếu kéo dài thời gian thì hiệu quả dịch hoá không

tăng

1.4.3.5 Ảnh hưởng của nồng độ enzym đường hoá

Formatted: Line spacing: 1.5 lines

Formatted: Line spacing: 1.5 lines Deleted: ợp

Deleted: ¶

Nồng độ enzym đường hoá đóng vai trò quan trọng trong việc quyết định

lượng đường ban đầu để khởi động quá trình lên men Lượng chế phẩm tăng thì tốc

độ thuỷ phân tinh b t c ng tăộ ũ ng nh ng ch trong giai o n đầu khi ph n ứng còn ở ư ỉ đ ạ ả

bậc không Trong quá trình đường hoá và lên men đồng thời, mục tiêu cuối cùng

không phải là tạo được lượng đường cao nhất mà là lựa chọn nồng độ enzym đường

hoá sao cho hiệu suất lên men cao nhất

1.4.3.6 Ảnh hưởng của pH đến quá trình đường hoá

Trong quá trình lên men, pH tố ưi u để tạo etylic n m trong kho ng 4,5 ÷ ằ ả

5,0 Hiện nay, một số enzym đường hoá mớ đi ang được hãng Genencor khuyến cáo

cũng có pH hoạt động là 4,0 – 4,5 rất phù hợp với việc kết hợp đồng thời quá trình

đường hoá và lên men Như vậy có thể lựa ch n pH thích h p cho c đường hoá và ọ ợ ả

lên men là 4,2 – 4,5

1.4.3.7 Ảnh hưởng của nồng độ cơ chất đến quá trình đường hoá và lên men

Nồng độ cơ ch t ban đầu ch y u nh hưởng lên quá trình đường hoá và lên ấ ủ ế ả

men đồng thời Hàm lượng đường phù hợp cho quá trình lên men là khoảng

12 ÷20% Nếu nồng độ dịch đường th p thì sẽ không kinh tế vì sẽ làm giảm năng ấ

suất của thiết b lên men, mặt khác sẽ tốị n h i khi ch ng c t và t ng t n th t rượu ơ ư ấ ă ổ ấ

trong bã rượu và nước thải

Hàm lượng đường cao hơn sẽ làm tăng áp suất và làm mất cân bằng trạng

thái sinh lý của nấm men, hầu hết nấm men không có khả năng lên men rượu khi

hàm lượng đường lớn Đường nhiều cũng sẽ ẫ d n đến tổn thất hoặc phải kéo dài thời

gian lên men, đồng thời, khi lên men ở nồng độ dịch đường cao, lượng c n t o ra ồ ạ

nhiều cũng sẽ ứ c chế cả nấm men và tạp khuẩn

Tuy vậy, với quá trình đường hóa và lên men đồng thời tạ đ ềo i u kiện cho quá

trình lên men ở nồng độ ch t khô cao Vì trong quá trình này, lượng đường t o ra ấ ạ

đến đâu được lên men đến đó

1.4.3.8 Ảnh hưởng của tỷ ệ l men giống đến quá trình lên men

Formatted: Font: 13 pt Formatted: Line spacing: 1.5 lines

Formatted: Line spacing: 1.5 lines

Formatted: Line spacing: 1.5 lines

Formatted: Line spacing: 1.5 lines

Deleted: Nếu nồng độ dịch đường thấp thì sẽ không kinh tế vì sẽ làm giảm năng suất của thiết bị lên men, mặt khác sẽ tốn hơi khi chưng cất và tăng tổn thất rượu trong bã rượu và nước thải ¶