Luận văn : Nghiên cứu sản xuất acid acetic theo phương pháp lên men nhanh bằng nguồn nguyên liệu tự nhiên part 7 ppt

51 Thành phần môi trường cơ bản với hàm lượng nước dừa 10%: tổng thể tích 20l Nước máy: 16,8 l Nước dừa già: 2 l (10%) Cồn: 800 ml Acid acetic: 400 ml (2%) Đường: 200 g Tiến hành lên men nhanh từng môi trường: dịch lên men được tưới qua tháp với lưu lượng không đổi 80ml/phút và hoàn toàn thông khí tự nhiên. Dịch mẫu thí nghiệm được lấy định kỳ, mỗi lần lấy 5ml ở hai vị trí đầu vào và đầu ra của thiết bị lên men nhanh (như vị trí lấy mẫu ở hình 3.5), đem chuẩn độ acid acetic bằng dung dịch NaOH 0,1N. 3.3.4.1.2 So sánh quá trình lên men nhanh và lên men chậm của môi trường nước dừa Mục đích: đánh giá tính hiệu quả của quá trình lên nhanh so với lên men chậm. Thành phần môi trường như thí nghiệm chính ở trên với hàm lượng nước dừa 30 %. Pha 20l môi trường nước dừa. Sau đó lấy ra 2l môi trường vừa pha đem lên men chậm. Cùng lúc đó đem dung dịch môi trường còn lại tiến hành lên men nhanh. Lên men chậm: dịch lên men được cho vào bình, đậy kín và để ở nơi yên tĩnh. Mẫu được lấy định kỳ, mỗi lần lấy 5ml dịch lên men đem chuẩn độ acid. Lên men nhanh: dịch lên men được tưới qua tháp với lưu lượng không đổi 80ml/phút và hoàn toàn thông khí tự nhiên. Dịch mẫu thí nghiệm được lấy định kỳ, mỗi lần lấy 5ml ở hai vị trí đầu vào và đầu ra của thiết bị lên men nhanh (như hình 3.5), đem chuẩn độ acid acetic bằng dung dịch NaOH 0,1N. 52 3.3.4.2 Trên môi trường dung dịch nước đường 3.3.4.2.1. Thay đổi thành phần nước đường trong môi trường lên men A. Thí nghiệm thăm dò (lên men chậm) Mục đích: tìm môi trường có hiệu quả lên men khả quan, thử nghiệm xem khả năng thích ứng của vi khuẩn giấm trong điều kiện nhiều đường (do theo lý thiết thì vi khuẩn giấm có khả năng chuyển hóa môi trường có nhiều đường thành acid acetic –qua giai đoạn trung gian là chuyển hoá đường thành cồn). Thành phần môi trường: tổng thể tích 1 lít Nước máy: 0,79 l Cồn: 40 ml Acid acetic: 20 ml Đường: 10 g (1% - thay đổi) Nước dừa già: 100 ml Dịch giống 50 ml Thực hiện thí nghiệm thăm dò bằng quá trình lên men chậm, với nhiều môi trường có hàm lượng đường khác nhau: 1%, 2.5%, 5%, 7.5% và 10% tương ứng với hàm lượng đường trong môi trường là: 10g, 25g, 50g, 75g và 100g . Sau khi pha môi trường, mỗi một môi trường cho vào một bình riêng, đậy kín và để ở nơi yên tĩnh. Mỗi ngày lấy 5ml dịch lên men ở từng môi trường lên men khác nhau đem chuẩn độ acid bằng dung dịch NaOH 0.1N. B. Thí nghiệm chính (lên men nhanh) Tiến hành lên men nhanh với các môi trường đã thay đổi hàm lượng đường 2.5%, 5%, 7.5% ở cùng điều kiện thí nghiệm. 53 Mỗi môi trường pha 20l, với thành phần cơ bản như sau: Nước máy: 16,8 l Nước dừa gia: 2 l Cồn: 800 ml Acid acetic: 400 ml Đường: 200 g (1%) Dịch lên men được tưới qua tháp lên men với lưu lượng không đổi 80ml/phút và hoàn toàn thông khí tự nhiên. 3.3.4.2.2 So sánh môi trường lên men nhanh và lên men chậm của môi trường nước đường Pha 20l môi trường dung dịch nước đường . Sau đó lấy ra khoảng 2l môi trường vừa pha đem lên men chậm. Cùng lúc đó đem dung dịch môi trường còn lại tiến hành lên men nhanh. Lên men chậm: dịch lên men được cho vào bình, đậy kín và để ở nơi yên tĩnh. Mẫu được lấy định kỳ, mỗi lần lấy 5ml dịch lên men đem chuẩn độ acid. Lên men nhanh: dịch lên men được tưới qua tháp với lưu lượng không đổi 80ml/phút và hoàn toàn thông khí tự nhiên. Dịch mẫu thí nghiệm được lấy định kỳ, mỗi lần lấy 5ml ở hai vị trí đầu vào và đầu ra của thiết bị (lên men nhanh) đem chuẩn độ acid acetic bằng dung dịch NaOH 0,1N. 3.3.5 Khảo sát khả năng thay thế của thân tre làm chất mang vi khuẩn acid acetic Mục đích: tìm vật liệu bám thích hợp có khả năng thay thế gỗ sồi trong quá trình lên men nhanh acid acetic. Pha dịch lên men, tưới qua tháp với lưu lượng không đổi 100ml/phút, thông khí tự nhiên. Sau thời gian lên men kiểm tra tính chất của các phần tử đệm bằng quan sát và nhận xét định tính. 54 KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN Chương 4: Ảnh hưởng của thành phần môi trường lên tốc độ lên men 4.1 Khảo sát môi trường mới khi thay đổi thành phần nước dừa 4.1.1. Thí nghiệm thăm dò: (lên men chậm) Thí nghiệm với các môi trường có hàm lượng nước dừa khác nhau: sau 9 ngày tiến hành quá trình lên men chậm ta thu được kết quả được trình bày ở Bảng 3.2 Bảng 3.2 Nồng độ % acid theo thời gian lên men chậm (môi trường nước dừa) Môi trường nước dừa Ngày 10% 20% 30% 40% 50% 0 2.19 2.24 2.19 2.14 2.15 1 2.23 2.27 2.23 2.15 2.18 2 2.28 2.35 2.29 2.41 2.48 3 2.59 3.03 3.02 3.3 3.16 4 3.33 3.71 3.87 4.21 4.13 5 3.9 4.3 4.4 5.15 5.17 6 4.61 5.57 5.75 5.35 5.51 7 5.09 5.95 6.26 5.59 5.75 8 5.42 6.1 6.78 5.44 5.59 9 5.78 6 6.53 5.17 5.32 55 Qua bảng 3.2 ta thấy (xem h ình 4.1): 2 3 4 5 6 7 8 0 20 40 60 Nồng Độ nước dừa (%) Nồng độ acid 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 Hình 4.1 Ảnh hưởng của nồng độ nước dừa trong quá trình lên men chậm Thảo luận: từ hình 4.1 trên ta nhận thấy rằng khi tăng hàm lượng nước dừa trong môi trường lên thì nồng độ acid aetic được sinh ra cũng tăng lên, cao nhất ở hàm lượng 30%. Nhưng khi tăng hàm lượng nước dừa lên: 40%, 50%. Thì nồng độ acid sinh ra không tăng theo nữa mà nằm ở mức độ gần như bão hòa bằng với lượng acid được sinh ra ở nước dừa 10%, 20%. Từ đó ta có thể kết luận rằng với môi trường nước dừa 30% thì hiệu quả lên men chậm là tốt nhất. 56 4.1.2 Thí nghiệm chính (lên men nhanh) Sau quá trình lên men nhanh thực nghiệm các môi trường có thành phần nước dừa khác nhau. Ta có kết quả được trình bày ở Bảng số liệu 3.3. Bảng 3.3 Độ chuyển hóa (C i /C 0 ) của môi trường nước dừa C i /C 0 Giờ (h) 10% 20% 30% 2 1.0528 1.08092 1.1081 4 1.0448 1.05882 1.0792 6 1.0441 1.04734 1.0786 8 1.0296 1.04582 1.0724 12 1.0278 1.04279 1.061 14 1.0254 1.04251 1.0597 16 1.0199 1.0411 1.0429 18 1.0158 1.04098 1.0442 22 1.0165 1.04082 1.0435 24 1.0155 1.03465 1.0371 26 1.0128 1.03311 1.031 28 1.0109 1.02917 1.0302 30 1.0106 1.02869 1.0238 34 1.0071 1.02427 1.0237 36 1.0053 1.01439 1.0174 38 1.0053 1.02621 1.0202 40 1.013 1.01976 1.0201 44 1.0076 1.00954 1.009 C 0 : nồng độ acid acetic đầu vào cơ chất của dịch lên men C i : nồng độ acid acetic đầu ra sản phẩm lên men 57 Qua bảng số liệu 3.3 ta thấy (xem h ình 4.2): 1 1.04 1.08 1.12 0 10 20 30 40 50 Thời gian (h) N ồ ng độ Ci/Co 10% 20% 30% Hình 4.2 Ảnh hưởng của nồng độ nước dừa trong quá trình lên men nhanh Thảo luận: nhưng với quá trình lên men nhanh các môi trường có thành phần với hàm lượng nước dừa khác nhau, từ kết quả được thể hiện qua hình 4.2 thì qua quá trình lên men nhanh cũng đã chứng minh được rằng môi trường nước dừa nồng độ 30% có tốc độ chuyển hóa cơ chất C i /C 0 tốt hơn. Điều này cho chúng ta thấy rằng khi lên men nhanh với hàm lượng nước dừa 30% trong môi trường sẽ đạt hiệu quả lên men tốt nhất. 58 4.2 So sánh giữa lên men nhanh và lên men chậm với môi trường nước dừa Sau quá trình thực nghiệm được trình bày ở phần 3.3.4.1.2 ta thu được kết quả được thể hiện qua bảng số liệu 3.4 và 3.5: Bảng 3.4 Kết quả lên men nhanh của môi trường nước dừa 30% Bảng 3.5 Kết quả lên men chậm của môi trường nước dừa 30% Bảng 3.4 Bảng 3.5 T (h) C(%) acid T (h) C(%) acid 0 2.22 0 2.22 2 2.46 8 2.226 4 2.58 24 2.238 6 2.598 48 2.28 12 3.024 60 2.568 14 3.066 72 3.87 16 3.12 84 4.4 22 3.186 92 5.15 24 3.624 26 3.636 28 3.912 30 3.984 36 4.032 38 4.128 40 4.152 42 4.212 44 4.248 46 4.272 59 Qua bảng số liệu 3.4 và 3.5 ta thấy (xem hình 4.3): 1.5 2.5 3.5 4.5 5.5 0 20 40 60 80 100 Thời gian (h) C% acid nhanh ch ậ m Hình 4.3 So sánh đối chứng giữa phương pháp nhanh và chậm của môi trường nước dừa Thảo luận: từ đồ thị 4.3 cho ta thấy trong cùng điều kiện về môi trường lên men, nhiệt độ, giống vi khuẩn. Với phương pháp lên men nhanh chỉ sau 46h nồng độ acid đạt xấp xỉ 4,3% acid. Trong khi đó, cùng điều kiện thí nghiệm phương pháp lên men chậm chỉ cho nồng độ acid khoảng 2,6%. Điều này chứng tỏ thiết bị lên men nhanh có bề mặt lên men lớn hơn rất nhiều so với lên men chậm nên tạo được bề mặt tiếp xúc pha lớn dẫn đến việc cho năng suất lên men lớn hơn. Mặc khác, với thiết bị lên men của quy mô phòng thí nghiệm, ta thấy rằng để đạt nồng độ xấp xỉ 2,6%,quá trình lên men chậm cần phải tốn khoảng thời gian gần 60h còn với quá trình lên men nhanh chỉ cần khoảng 4h là đã có nồng độ acid tương đương. Từ quy mô nhỏ phòng thí nghiệm nếu nghiên cứu phát triển thành quy mô công nghiệp thì sự khác biệt này có ý nghĩa rất lớn. Ngoài ra, khi để lên men chậm đạt nồng độ acid cực đại thì giá trị này còn cao hơn nồng độ đạt được trong quá trình lên men nhanh. Lý do là rượu và 60 acid bay hơi ở nhiệt độ thường, nên trong quá trình tưới dung dịch môi trường qua tháp, một lượng lớn cơ chất rượu đã bay hơi làm nồng độ đạt được sau quá trình lên men giảm. 4.3 Khảo sát thực nghiệm khi thay đổi thành phần nước đường pha 4.3.1 Thí nghiệm thăm dò (lên men chậm) Sau 9 ngày khảo sát thực nghiệm lên bằng quá trình lên men chậm (xem phần 3.3.4.2.1) ta có kết quả được thể hiện qua bảng số liệu 3.6 sau: Bảng 3.6 Nồng độ % acid theo thời gian lên men chậm (môi trường nước đường) Môi trường nước đường Ngày 1% 2.50% 5% 7.50% 10% 0 2.19 2.11 2.106 2.09 2.02 1 2.23 2.12 2.136 2.1 2.05 2 2.28 2.15 2.15 2.14 2.08 3 2.59 2.85 2.78 2.54 2.62 4 3.33 3.66 3.26 3.01 3.04 5 3.9 4.25 3.73 3.4 3.43 6 4.61 5.5 5.25 4.63 4.55 7 5.09 5.28 5.37 4.81 4.84 8 5.18 5.14 5.35 5.62 5.14 9 5.14 5 5.29 5.51 5.02 . 1.013 1.01 976 1.0201 44 1.0 076 1.00954 1.009 C 0 : nồng độ acid acetic đầu vào cơ chất của dịch lên men C i : nồng độ acid acetic đầu ra sản phẩm lên men 57 Qua bảng số liệu 3.3. nước dừa 10 %: tổng thể tích 20l Nước máy: 16,8 l Nước dừa gi : 2 l (10%) Cồn: 800 ml Acid acetic: 400 ml (2%) Đường: 200 g Tiến hành lên men nhanh từng môi trường: dịch lên men được tưới. trình lên men nhanh acid acetic. Pha dịch lên men, tưới qua tháp với lưu lượng không đổi 100ml/phút, thông khí tự nhiên. Sau thời gian lên men kiểm tra tính chất của các phần tử đệm bằng quan